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目錄
前言
第1章 納米材料和納米技術概述 1
1.1 納米材料的基本概念 1
1.1.1 納米材料的定義 1
1.1.2 納米材料的分類 1
1.2 納米材料的基本效應 4
1.2.1 電子能級的不連續(xù)性 4
1.2.2 量子尺寸效應 6
1.2.3 小尺寸效應 6
1.2.4 表面效應 7
1.2.5 庫侖阻塞和量子隧穿 7
1.3 納米材料的物理和化學特性 8
1.3.1 熱學性能 8
1.3.2 力學性能 10
1.3.3 光學性能 10
1.3.4 電導 11
1.3.5 磁學特性 11
1.3.6 布朗運動和擴散 11
1.3.7 表面活性和敏感性 12
1.3.8 吸附性 13
1.3.9 光催化活性 13
1.4 納米技術 14
1.4.1 納米電子技術 14
1.4.2 微納制造技術 15
1.4.3 微型電動機械系統(tǒng) 16
1.4.4 納米生物技術 17
1.4.5 納米新能源技術 17
1.5 納米科技的發(fā)展歷史 20
1.5.1 萌芽階段 22
1.5.2 初始準備階段 23
1.5.3 快速發(fā)展階段 23
1.5.4 商業(yè)化和工業(yè)化階段 25
1.6 納米科技的重要性和各國發(fā)展現(xiàn)狀 26
1.6.1 納米科技的重要性 26
1.6.2 主要工業(yè)國家發(fā)展現(xiàn)狀 28
1.7 納米技術的倫理和安全問題 33
習題 34
參考文獻 34
第2章 納米材料的制備 36
2.1 納米材料制備概述 36
2.1.1 氣相合成法 36
2.1.2 液相合成法 37
2.1.3 固相合成法 37
2.2 零維納米材料的制備 38
2.2.1 物理氣相沉積法 38
2.2.2 化學氣相沉積法 43
2.2.3 濺射法 45
2.2.4 水熱/溶劑熱法 47
2.2.5 溶膠-凝膠法 50
2.2.6 微乳液法 51
2.2.7 超聲波輔助合成法 52
2.2.8 球磨法 52
2.2.9 固相反應法 53
2.2.10 火花放電法 54
2.2.11 若干典型零維納米材料的制備方法 54
2.3 一維納米材料的制備 56
2.3.1 模板法 56
2.3.2 化學氣相沉積法 59
2.3.3 靜電紡絲法 61
2.3.4 若干典型一維納米材料的制備方法 61
2.4 二維納米材料的制備 63
2.4.1 電沉積法 64
2.4.2 物理氣相沉積法 65
2.4.3 化學氣相沉積法 69
2.4.4 自組裝法 72
2.4.5 若干典型二維納米材料的制備方法 78
2.5 三維納米材料的制備 79
2.5.1 快速凝固法 79
2.5.2 嚴重塑性變形法 80
2.5.3 惰性氣體冷凝法 81
2.5.4 粉末冶金法 81
2.6 新型納米復合材料的制備方法 82
2.6.1 多顆粒納米復合結構的制備 83
2.6.2 核殼納米復合材料的制備 83
2.6.3 負載型納米復合材料的制備 85
2.6.4 內嵌型納米復合材料的制備 86
2.6.5 多層結構納米復合材料的制備 87
2.6.6 三維納米復合材料的制備 87
習題 88
參考文獻 89
第3章 納米材料的表征 94
3.1 表征技術概述 94
3.1.1 基本表征技術原理 94
3.1.2 納米材料表征技術的分類 95
3.2 顯微技術 96
3.2.1 顯微技術概述 96
3.2.2 掃描電子顯微鏡 98
3.2.3 透射電子顯微鏡 106
3.2.4 掃描隧道顯微鏡 115
3.2.5 原子力顯微技術 119
3.2.6 掃描探針技術的應用 124
3.3 波譜分析技術 126
3.3.1 紫外光譜 126
3.3.2 紅外光譜 129
3.3.3 拉曼光譜 133
3.3.4 X射線衍射 138
3.3.5 核磁共振 143
3.3.6 質譜 145
3.4 納米材料表征的示例 146
習題 150
參考文獻 150
第4章 納米電子學 152
4.1 量子電子器件 153
4.1.1 量子電子器件特征 153
4.1.2 量子電子系統(tǒng)中的基礎元件 156
4.2 納米電子器件 157
4.2.1 納米單電子晶體管 157
4.2.2 納米單電子存儲器 160
4.2.3 縱向庫侖阻塞結構 161
4.2.4 納米發(fā)電機 162
4.3 分子電子器件 163
4.3.1 分子導線 163
4.3.2 中心島為單個分子的單電子晶體管 164
4.3.3 單分子晶體管 165
4.4 原子電子器件 169
4.4.1 中心島為單個原子的單電子晶體管 169
4.4.2 原子開關 170
4.4.3 原子繼電器 172
4.4.4 原子存儲器 172
4.5 各種電子器件的集成和納米集成電路 173
4.6 量子計算機 173
習題 174
參考文獻 175
第5章 納米加工技術 176
5.1 微細機械加工 177
5.1.1 微細切削過程模型 178
5.1.2 不同微細切削加工方式 179
5.1.3 微型加工設備 181
5.1.4 微細切削加工的技術特點 182
5.1.5 微細切削的局限性和技術難點 182
5.2 微細電火花加工 183
5.2.1 微細電火花加工原理 183
5.2.2 微細電火花加工方式 184
5.3 微細高能束加工 186
5.3.1 微細激光加工 186
5.3.2 微細電子束加工 188
5.3.3 微細離子束加工 190
5.4 光刻技術 191
5.4.1 光刻流程 192
5.4.2 不同類型光刻技術 193
5.5 微納壓印技術 194
5.5.1 熱壓印技術 194
5.5.2 紫外壓印技術 196
5.5.3 軟刻蝕技術 197
習題 200
參考文獻 200
第6章 微機械和微機電系統(tǒng) 202
6.1 微機械和微機電系統(tǒng)的理論基礎 202
6.2 微機械系統(tǒng)中的材料 203
6.3 微機械和微機電系統(tǒng)中的技術 205
6.4 微機械和微機電系統(tǒng)中的微型功能部件 206
6.4.1 微傳感器 206
6.4.2 微致動器 212
6.4.3 微驅動能源 218
6.5 微機械和微機電系統(tǒng)的應用 219
6.5.1 微型機器人 220
6.5.2 微型飛行器 221
6.5.3 微型慣性儀表 222
6.5.4 微型衛(wèi)星 226
習題 227
參考文獻 227
第7章 納米科學與技術在生物醫(yī)學方面的應用 229
7.1 研究生物系統(tǒng)的新工具 229
7.1.1 分析系統(tǒng)的微型化 229
7.1.2 掃描探針技術用于生物分子成像 234
7.1.3 生物系統(tǒng)中的力值測量 236
7.1.4 在納米尺度下組裝生物分子結構 238
7.2 仿生納米科技 240
7.2.1 DNA作為納米生物技術的基本構造單元 240
7.2.2 分子馬達 244
7.2.3 人工光合作用 247
7.2.4 仿生機器人 248
7.3 納米生物計算機 248
7.3.1 生物分子計算 249
7.3.2 DNA生物計算機 249
習題 250
參考文獻 251
第8章 納米科學與技術在紫外光電探測中的應用 252
8.1 紫外光電探測器簡介 252
8.2 探測器的特性參數(shù) 252
8.2.1 靈敏度 252
8.2.2 光譜選擇性 253
8.2.3 信噪比 253
8.2.4 響應速度 254
8.2.5 穩(wěn)定性 255
8.3 光電探測器的構筑和性能測試 255
8.3.1 光電探測器的構筑 255
8.3.2 探測器光電性能測試 256
8.4 光電探測器結構分類及特點 257
8.4.1 光電導探測器 257
8.4.2 光伏探測器 258
8.5 載流子工程用于提升光電探測器的光電性能 260
8.5.1 載流子的產生 261
8.5.2 載流子的分離 264
8.5.3 載流子的傳導 273
8.5.4 載流子的收集 278
8.6 研究趨勢展望 279
8.6.1 寬譜光電探測器 280
8.6.2 二維范德華異質結構 280
8.6.3 自供能探測器 280
8.6.4 新型光電探測器 281
習題 282
參考文獻 282