纳米科学与技术导论

　　本书系统介绍了纳米科学技术的各分支领域，对纳米科学技术发展的现状及应用前景做了较详细的阐述。在介绍各分支领域时，既有总体叙述也有具体实例的介绍，使读者便于理解。本书可供大专院校相关专业师生参考，同时，书中引用了大量文献，可供研究纳米科技专题的科研工作者参考。目录1纳米科学技术的基本概念与发展历程111纳米科学技术发展的历史回顾1111自然界的纳米结构1112纳米科技概念的提出与发展2113纳米科技概念的形成与相关的重要事件312纳米科学技术的定义4121纳米4122纳米科学和技术413纳米科技的研究领域5131纳米材料5132纳米器件6133纳米结构的检测与表征714纳米材料的特性7141小尺寸效应7142表面效应8143量子尺寸效应8144宏观量子隧道效应915纳米科技的深远影响9151纳米科技将促使人类认知的革命9152纳米科技将引发一场新的工业革命10153纳米科技将影响未来人类的生活方式和思维方式1116纳米科技的应用展望11161材料和制备12162纳米电子学、光电子学、磁学与计算机技术12163纳米医学和生物学与健康13164国防科技与国家安全14165环境保护1517发达国家在纳米科技方面研究水平和部署状况16171发达国家在纳米科技领域内的发展水平16172发达国家对纳米科技领域的部署1818我国纳米科技的发展状况20参考文献232纳米科技研究工具：实验方法和探针2421现代科学和技术的进步24211聚集的粒子束24212电子显微镜25213扫描探针电子显微镜25214二维和三维的纳米结构的操纵27215平行探针簇28216原位测定和过程控制28217纳米结构材料的表征2922现有的纳米尺度测定和所获得成就29221单分子操纵和测定30222sem中的纳米操纵器32223多功能近场结合和表面力显微3323纳米科技未来的发展目标34参考文献373纳米科学与技术的理论、建模和模拟4131tm&s是纳米科学与技术研究的基础4132tm&s领域的研究成就43321纳米粒子分子计算的计算复杂性尺度和定标（界定）43322纳米润滑作用44323碳纳米管模拟46324量子点的模拟46325dna分子动力学的分子模拟47326硅纳米晶体中量子限制的模拟48327压电聚合物的分子动力学模拟4933tm&s的重要发展领域50参考文献524纳米材料的分散和涂覆5341产品性能的强化5342纳米粒子分散与涂覆成功应用所要具备的条件5443纳米粒子分散和涂覆的应用行业5544纳米材料分散与涂覆的研究和开发现状56441美国56442欧洲和日本5845纳米材料的分散与涂覆发展趋势59参考文献615高表面积材料6351高比表面积纳米结构材料主要用途和制备途径6352簇团和纳米晶体材料65521纳米结构金属催化剂新的催化性质65522控制至少一维纳米粒子用于工业上具有重要意义的加氢脱硫反应（hds）67523受控的惰性气体缩合形成铈纳米簇团制备非化学计量ceo2-x纳米微晶67524金属盐的电化学还原68525用催化离解h2来加强能量贮存6853具有自组装特征的高表面积材料69531沸石材料69532碳材料71533微孔和密实超薄膜7254纳米级制备和表征的未来发展7355总结74参考文献746块体纳米材料的性质7661结构性纳米材料的力学性能77611弹性性能77612硬度和强度78613延展性和韧性79614超塑性8062纳米晶体材料的独特力学性能8163强磁性纳米结构块体材料82631软磁纳米晶体合金82632永磁材料83633巨磁阻效应（giant magnetoresistance）84634其他强磁性纳米晶体材料84635纳米晶体储存氢材料85636纳米晶体抗蚀材料8564纳米结构块体材料的应用特征8565纳米结构性块体材料的发展机遇与挑战86参考文献877纳米电子器件9071微电子晶体管的结构、运行、小型化障碍91711金属氧化物半导体场效应晶体管的结构和运行91712fets微型化的难点9372固态量子效应与单电子纳米电子器件94721岛、势阱和量子效应95722谐振隧道器件（resonant tunneling device）97723器件类型间的区别：其他的能量效应100724纳米电子器件的分类10173分子电子学104731分子电子开关器件分类105732分子电子学的简要背景106733分子线107734量子效应分子电子器件108735电子机械分子电子器件（electromechanical molecular elec~tronic devices）10974讨论与结论114参考文献1158与生物相关的纳米粒子、纳米结构材料和纳米器件12881纳米技术的构筑基础129811合成129812组装13082分散体系132821药物传输系统132822纳米颗粒在卫生和污染方面的作用13383高表面积材料133831用于生物分离的薄膜133832细菌细胞表面层作为模板元素13484功能纳米结构134841分子计算134842光电子器件134843分子马达135844应用纳米颗粒进行生物输运的其他形式13585生物电子学13586增强材料13687生物棒状磁体13688生物纳米科学技术发展机遇与挑战137881工程技术与产业化137882表面相互作用以及生物分子与培养基之间的界面137883生物分子的活性以及在水溶液中的相互作用138884组装或者模板制备138885纳米技术的组合方法138886仿生学和聚合体生物聚合体138参考文献1389碳纳米管14291富勒碳142911富勒碳的结构142912c60的制备和形貌142913c60的性能和应用前景14392碳纳米管的结构与分类144921碳纳米管的微观结构145922碳纳米管的分类14693碳纳米管的物理化学性质148931电磁性能148932力学性能149933热学性能149934光学性能15094碳纳米管的制备152941电弧放电法152942催化裂解法153943激光蒸发法154944化学气相沉积法155参考文献15610纳米无机氧化物粉体160101纳米二氧化钛1601011纳米二氧化钛的制备1611012纳米二氧化钛的光催化活性1641013纳米二氧化钛的应用166102纳米二氧化硅1681021纳米二氧化硅的制备1681022纳米二氧化硅的特性1701023纳米二氧化硅的应用170103纳米三氧化二铝1721031纳米三氧化二铝制备方法1731032纳米三氧化二铝的应用175104纳米氧化锆1771041纳米二氧化锆的制备技术1781042纳米二氧化锆的应用180105纳米氧化锌1821051纳米氧化锌材料的制备方法1831052纳米氧化锌的用途185参考文献18711单分子纳米化学193111分子导线1931111π共轭低聚物分子导线1941112线性碳桥金属有机分子导线195112分子电子器件2031121分子开关2031122分子整流器203113繁枝体大分子化合物（dendrimers）2051131基本概念和性质2051132繁枝大分子化合物的分类2061133繁枝体大分子合成方法2081134繁枝体大分子的应用213参考文献21412纳米材料与器件的应用实例219121工业制造、材料和产品219122医学与人体220123农业、水、能源、材料和环境清洁220124航空222125国家安全222126纳米科学技术对未来各行业领域的商业影响222127纳米技术的一些应用实例2231271磁存储应用中的巨磁阻效应2231272纳米结构催化剂2241273医药2251274纳米粒子强化的聚合物2261275电子器件两个实际应用例子2261276国家安全方面的应用——纳米生物探测2271277水纯化和脱盐2281278造纸业中的应用228

暂缺《纳米科学与技术导论》作者简介

1　纳米科学技术的基本概念与发展历程
1.1纳米科学技术发展的历史回顾
1.1.1自然界的纳米结构
1.1.2纳米科技概念的提出与发展
1.1.3纳米科技概念的形成与相关的重要事件
1.2纳米科学技术的定义
1.2.1纳米
1.2.2纳米科学和技术
1.3纳米科技的研究领域
1.3.1纳米材料
1.3.2纳米器件
1.3.3纳米结构的检测与表征
1.4纳米材料的特性
1.4.1小尺寸效应
1.4.2表面效应
1.4.3量子尺寸效应
1.4.4宏观量子隧道效应
1.5纳米科技的深远影响
1.5.1纳米科技将促使人类认知的革命
1.5.2纳米科技将引发一场新的工业革命
1.5.3纳米科技将影响未来人类的生活方式和思维方式
1.6纳米科技的应用展望
1.6.1材料和制备
1.6.2纳米电子学、光电子学、磁学与计算机技术
1.6.3纳米医学和生物学与健康
1.6.4国防科技与国家安全
1.6.5环境保护
1.7发达国家在纳米科技方面研究水平和部署状况
1.7.1发达国家在纳米科技领域内的发展水平
1.7.2发达国家对纳米科技领域的部署
1.8我国纳米科技的发展状况
参考文献
2　纳米科技研究工具：实验方法和探针
2.1现代科学和技术的进步
2.1.1聚集的粒子束
2.1.2电子显微镜
2.1.3扫描探针电子显微镜
2.1.4二维和三维的纳米结构的操纵
2.1.5平行探针簇
2.1.6原位测定和过程控制
2.1.7纳米结构材料的表征
2.2现有的纳米尺度测定和所获得成就
2.2.1单分子操纵和测定
2.2.2 SEM中的纳米操纵器
2.2.3多功能近场结合和表面力显微
2.3纳米科技未来的发展目标
参考文献
3　纳米科学与技术的理论、建模和模拟
3.1 TM&S是纳米科学与技术研究的基础
3.2 TM&S领域的研究成就
3.2.1纳米粒子分子计算的计算复杂性尺度和定标（界定）
3.2.2纳米润滑作用
3.2.3碳纳米管模拟
3.2.4量子点的模拟
3.2.5 DNA分子动力学的分子模拟
3.2.6硅纳米晶体中量子限制的模拟
3.2.7压电聚合物的分子动力学模拟
3.3 TM&S的重要发展领域
参考文献
4　纳米材料的分散和涂覆
4.1产品性能的强化
4.2纳米粒子分散与涂覆成功应用所要具备的条件
4.3纳米粒子分散和涂覆的应用行业
4.4纳米材料分散与涂覆的研究和开发现状
4.4.1美国
4.4.2欧洲和日本
4.5纳米材料的分散与涂覆发展趋势
参考文献
5　高表面积材料
5.1高比表面积纳米结构材料主要用途和制备途径
5.2簇团和纳米晶体材料
5.2.1纳米结构金属催化剂新的催化性质
5.2.2控制至少一维纳米粒子用于工业上具有重要意义的加氢脱硫反应（HDS）
5.2.3　受控的惰性气体缩合形成铈纳米簇团制备非化学计量CeO2-x纳米微晶
5.2.4金属盐的电化学还原
5.2.5用催化离解H2来加强能量贮存
5.3具有自组装特征的高表面积材料
5.3.1沸石材料
5.3.2碳材料
5.3.3微孔和密实超薄膜
5.4纳米级制备和表征的未来发展
5.5总结
参考文献
6　块体纳米材料的性质
6.1结构性纳米材料的力学性能
6.1.1弹性性能
6.1.2硬度和强度
6.1.3延展性和韧性
6.1.4超塑性
6.2纳米晶体材料的独特力学性能
6.3强磁性纳米结构块体材料
6.3.1软磁纳米晶体合金
6.3.2永磁材料
6.3.3巨磁阻效应（Giant Magrletoresistance）
6.3.4其他强磁性纳米晶体材料
6.3.5纳米晶体储存氢材料
6.3.6纳米晶体抗蚀材料
6.4纳米结构块体材料的应用特征
6.5纳米结构性块体材料的发展机遇与挑战
参考文献
7　纳米电子器件
7.1微电子晶体管的结构、运行、小型化障碍
7.1.1金属氧化物半导体场效应晶体管的结构和运行
7.1.2 FETs微型化的难点
7.2固态量子效应与单电子纳米电子器件
7.2.1岛、势阱和量子效应
7.2.2谐振燧道器件（resorlant tunneling device）
7.2.3器件类型问的区别：其他的能量效应
7.2.4纳米电子器件的分类
7.3分子电子学
7.3.1分子电子开关器件分类
7.3.2分子电子学的简要背景
7.3.3分子线
7.3.4量子效应分子电子器件
7.3.5电子机械分子电子器件（Elec：troⅡlechanical Molectllar Electronic Devices）
7.4讨论与结论
参考文献
8　与生物相关的纳米粒子、纳米结构材料和纳米器件
8.1纳米技术的构筑基础
8.1.1合成
8.1.2组装
8.2分散体系
8.2.1药物传输系统
8.2.2纳米颗粒在卫生和污染方面的作用
8.3高表面积材料
8.3.1用于生物分离的薄膜
8.3.2细菌细胞表面层作为模板元素
8.4功能纳米结构
8.4.1分子计算
8.4.2光电子器件
8.4.3分子马达
8.4.4应用纳米颗粒进行生物输运的其他形式
8.5生物电子学
8.6增强材料
8.7生物棒状磁体
8.8生物纳米科学技术发展机遇与挑战
8.8.1工程技术与产业化
8.8.2表面相互作用以及生物分子与培养基之问的界面
8.8.3生物分子的活性以及在水溶液中的相互作用
8.8.4组装或者模板制备
8.8.5纳米技术的组合方法
8.8.6仿生学和聚合体一生物聚合体
参考文献
9　碳纳米管
9.1富勒碳
9.1.1富勒碳的结构
9.1.2 c60的制备和形貌
9.1.3 C60的性能和应用前景
9.2碳纳米管的结构与分类
9.2.1碳纳米管的微观结构
9.2.2碳纳米管的分类
9.3碳纳米管的物理化学性质
9.3.1电磁性能
9.3.2力学性能
9.3.3热学性能
9.3.4光学性能
9.4碳纳米管的制备
9.4.1电弧放电法
9.4.2催化裂解法
9.4.3激光蒸发法
9.4.4化学气相沉积法
参考文献
10　纳米无机氧化物粉体
10.1纳米二氧化钛
10.1.1纳米二氧化钛的制备
10.1.2纳米二氧化钛的光催化活性
10.1.3纳米二氧化钛的应用
10.2纳米二氧化硅
10.2.1纳米二氧化硅的制备
10.2.2纳米二气化硅的特性
10.2.3纳米二氧化硅的应用
10.3纳米三氧化二铝
10.3.1纳米三氧化二铝制备方法
10.3.2纳米三氧化二铝的应用
10.4纳米氧化锆
10.4.1纳米二氧化锆的制备技术
10.4.2纳米二氧化锆的应用
10.5纳米氧化锌
10.5.1纳米氧化锌材料的制备方法
10.5.2纳米氧化锌的用途
参考文献
11　单分子纳米化学
11.1分子导线
11.1.1n一共轭低聚物分子导线
11.1.2线性碳桥金属有机分子导线
11.2分子电子器件
11.2.1分子开关
11.2.2分子整流器
11.3繁枝体大分子化合物（Dendrimers）
11.3.1基本概念和性质
11.3.2繁枝大分子化合物的分类
11.3.3繁枝体大分子合成方法
11.3.4繁枝体大分子的应用
参考文献
12　纳米材料与器件的应用实例
12.1工业制造、材料和产品
12.2医学与人体
12.3农业、水、能源、材料和环境清洁
12.4航空
12.5国家安全
12.6纳米科学技术对未来各行业领域的商业影响
12.7纳米技术的一些应用实例
12.7.1磁存储应用中的巨磁阻效应
12.7.2纳米结构催化剂
12.7.3医药
12.7.4纳米粒子强化的聚合物
12.7.5电子器件两个实际应用例子
12.7.6国家安全方面的应用——纳米生物探测
12.7.7水纯化和脱盐
12.7.8造纸业中的应用