中国制造2025出版工程：新型纳米材料与器件

　　纳米材料与器件既是高科技领域的前沿技术， 又与人们的生活息息相关。本书在介绍纳米材料基本概念和特征的基础上， 重点介绍了纳米信息材料、纳米能源材料、纳米生物医用材料、纳米气敏材料及纳米器件在各领域的应用; 此外， 还详细说明了纳米加工技术与纳米器件制备， 以及纳米器件在智能生活、清洁生活、健康生活中的各种应用。全书内容既贴近生活， 又反映了纳米高科技领域的技术前沿， 帮助读者全面了解纳米材料与器件的各项应用技术。本书可供纳米材料、新材料领域的研发人员、技术人员阅读， 也可供相关专业的院校师生参考。

　　王荣明，北京科技大学教授，数理学院院长。1991年和1994年毕业于北京大学物理学系，获学士和硕士学位，1997年在北京航空材料研究院获博士学位后留院工作，2002年3月起任北京大学物理学院副教授，2005年10月任北京航空航天大学教授、博士生导师，2014年起任北京科技大学教授，博士生导师。长期从事航空航天材料、纳米材料等先进材料的微结构与性能的相互关系研究，近年来主要从事磁性纳米材料的可控合成、微结构和特性研究。承担国家自然科学基金、高等学校博士点基金、国防科技预研基金、国家科技支撑计划重大课题、973、863等20多项科研课题的研究工作。在Phys. Rev. Lett.、Nano Lett .、Adv. Mater.、J. Mater. Chem.、Appl. Phys. Lett.、Nanoscale、J. Phys. Chem.、New J. Phys等刊物发表SCI论文100余篇，EI论文近百篇，被SCI论文他引2500多次，论文引用H因子为29；合著2部，申请国家发明专利8项。曾获教育部自然科学一等奖、航空科学技术奖二等奖、国防科学技术奖三等奖等科技奖励6项。

第1章　纳米材料与纳米技术概述  1
　1.1　纳米材料与纳米技术  1
　　　1.1.1　纳米材料的定义  2
　　　1.1.2　纳米材料的发展史  4
　　　1.1.3　纳米技术的定义  6
　　　1.1.4　纳米技术的发展历程  7
　1.2　常见的纳米材料、纳米技术  8
　　　1.2.1　典型结构纳米材料  8
　　　1.2.2　不同功能纳米材料  11
　　　1.2.3　典型纳米技术  13
　1.3　纳米材料的特殊效应  15
　　　1.3.1　量子尺寸效应  15
　　　1.3.2　小尺寸效应  17
　　　1.3.3　表面效应  17
　　　1.3.4　宏观量子隧道效应  18
　参考文献  19

第2章　纳米材料的合成与表征  21
　2.1　纳米材料的常见合成方法  21
　　　2.1.1　“自上而下”与“自下而上”  21
　　　2.1.2　机械加工法  22
　　　2.1.3　气相法  25
　　　2.1.4　液相法  34
　　　2.1.5　分子束外延法  49
　　　2.1.6　纳米材料的表面修饰  50
　　　2.1.7　自组装法  53
　2.2　纳米材料的常见表征方法  58
　　　2.2.1　X射线衍射分析  58
　　　2.2.2　扫描电子显微分析  59
　　　2.2.3　透射电子显微分析  62
　　　2.2.4　扫描探针显微分析  66
　　　2.2.5　拉曼光谱分析  67
　　　2.2.6　电子能量损失谱分析  69
　　　2.2.7　原子力显微分析  70
　　　2.2.8　激光粒度分析  73
　参考文献  75

第3章　纳米信息材料  77
　3.1　半导体纳米材料  77
　　　3.1.1　半导体纳米材料简介  77
　　　3.1.2　半导体纳米材料的特性  78
　　　3.1.3　常见的半导体纳米材料  80
　　　3.1.4　半导体纳米材料的应用  84
　3.2　纳米光电转换材料  85
　　　3.2.1　光电转换特性  85
　　　3.2.2　纳米结构与光吸收  87
　　　3.2.3　纳米结构与电子传输  89
　　　3.2.4　常见的纳米光电转换材料  89
　　　3.2.5　纳米光电转换材料的应用  96
　3.3　纳米信息存储材料  100
　　　3.3.1　高密度电信息存储  100
　　　3.3.2　高密度光信息存储  101
　　　3.3.3　多功能存储  103
　　　3.3.4　纳米材料与光电高密度信息存储  103
　3.4　有机光电纳米材料  106
　　　3.4.1　有机光电纳米材料简介  106
　　　3.4.2　有机光电纳米材料的优势  107
　　　3.4.3　有机光电纳米材料的应用  107
　3.5　新型纳米材料  108
　　　3.5.1　碳基纳米材料  108
　　　3.5.2　量子点材料  113
　　　3.5.3　新型二维纳米材料  117
　参考文献  127

第4章　纳米能源材料  132
　4.1　纳米材料在能源领域的应用与优势  132
　4.2　氢能源纳米材料  132
　　　4.2.1　活性炭储氢材料  133
　　　4.2.2　合金储氢材料  134
　　　4.2.3　配位氢化物储氢材料  135
　　　4.2.4　有机液体氢化物储氢材料  136
　4.3　电化学能源纳米材料  136
　　　4.3.1　锂离子电池材料  137
　　　4.3.2　超级电容器材料  138
　4.4　太阳能电池纳米材料  140
　　　4.4.1　纳米减反射薄膜  141
　　　4.4.2　纳米硅薄膜太阳能电池材料  142
　参考文献  143

第5章　纳米能源器件  144
　5.1　纳米能源器件概述  144
　5.2　纳米发电机  146
　　　5.2.1　纳米发电机简介  146
　　　5.2.2　压电纳米发电机  147
　　　5.2.3　摩擦纳米发电机  160
　5.3　纳米储能器件  172
　　　5.3.1　纳米储能器件简介  172
　　　5.3.2　纳米材料电池  173
　　　5.3.3　超级电容器  175
　5.4　纳米能源器件集成与应用  177
　　　5.4.1　纳米能源储存与管理系统  177
　　　5.4.2　摩擦纳米发电机在自驱动系统中的应用  178
　　　5.4.3　摩擦纳米发电机与蓝色能源  181
　参考文献  185

第6章　纳米生物医用材料  187
　6.1　生物医用材料概述  187
　6.2　生物医用材料的分类与应用  187
　6.3　纳米生物医用材料的分类与应用  188
　　　6.3.1　纳米生物医用材料的分类  188
　　　6.3.2　纳米生物医用材料的应用  188
　6.4　纳米生物医用材料的发展趋势  193
　参考文献  194

第7章　纳米加工技术与纳米器件制备  196
　7.1　纳米加工技术  196
　　　7.1.1　光刻技术  196
　　　7.1.2　直写技术  199
　　　7.1.3　纳米压印技术  202
　　　7.1.4　喷墨打印技术  205
　　　7.1.5　聚焦离子束加工技术  208
　7.2　纳米器件制备工艺  212
　　　7.2.1　磁控溅射  212
　　　7.2.2　真空蒸镀  215
　　　7.2.3　微纳刻蚀  219
　　　7.2.4　脉冲激光沉积  224
　　　7.2.5　自组装纳米材料加工  227
　7.3　纳米材料在器件制备领域的优势  231
　　　7.3.1　摩尔定律与器件集成  232
　　　7.3.2　量子效应与新型器件  236
　　　7.3.3　表面效应与传感器  241
　　　7.3.4　纳米器件生物兼容性  243
　参考文献  247

第8章　纳米气敏材料与纳米气敏传感器  253
　8.1　纳米气敏传感器的分类  253
　8.2　纳米气敏材料  254
　　　8.2.1　金属氧化物  254
　　　8.2.2　石墨烯  273
　　　8.2.3　有机高分子  279
　　　8.2.4　贵金属  283
　　　8.2.5　新型二维材料  287
　　　8.2.6　纳米气敏传感器的应用  291
　参考文献  297

第9章　纳米器件与智慧生活  305
　9.1　智慧生活  305
　　　9.1.1　纳米器件与物联网系统  305
　　　9.1.2　纳米器件与机器人  309
　9.2　清洁生活  314
　　　9.2.1　纳米自清洁材料简介  314
　　　9.2.2　自清洁原理  315
　　　9.2.3　提高自清洁活性  316
　　　9.2.4　纳米自清洁材料的应用  317
　　　9.2.5　纳米自清洁材料的制备方法  318
　9.3　健康生活  319
　　　9.3.1　纳米器件与精准医疗  319
　　　9.3.2　纳米器件与电子皮肤  323
　参考文献  328

索引  332