納米材料科學導論

前言

20世紀末，物理學、化學、生物學、材料科學、地質(zhì)學等學科的發(fā)展，促進了納米科學和納米技術(shù)的產(chǎn)生，催生了納米物理學、納米化學、納米生物學、納米材料科學、納米礦物學等新型學科。培養(yǎng)一批社會建設(shè)所需求的不同層次的納米科技、納米材料專業(yè)人才已成為高校的一項重要任務(wù)。2000年起，本書編者已在本科生、研究生中講授納米科技及納米材料的相關(guān)內(nèi)容。近年來作者對納米科技和納米材料進行了認真研究，收集了大量國內(nèi)外資料、圖件和研究成果，編寫和整理了這本《納米材料科學導論》教材。全書共分12章：第一章概述了納米科學與納米技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章從物質(zhì)結(jié)構(gòu)對稱新理論、納米材料結(jié)構(gòu)介紹了新興的納米材料科學；第三章討論了納米物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其物理、化學性質(zhì)；第四章討論了納米固體材料的微結(jié)構(gòu)；第五章介紹了納米結(jié)構(gòu)組裝體系；第六章介紹了納米微粒的制備與表面修飾；第七章以礦物為例，講述了電氣石納米化制備及其應用研究；第八章介紹了納米粘土礦物海泡石、坡縷石；第九章到第十一章系統(tǒng)介紹了納米復合材料、粘土礦物及其納米復合材料、聚合物一無機納米復合材料；第十二章以納米金屬微粒準晶材料、富勒烯及其高新納米材料、納米碳管及電子器件、納米芯片、DNA納米技術(shù)等為例，介紹了幾種高新納米材料。本書是由中國地質(zhì)大學陳敬中教授與深圳大學劉劍洪教授共同完成的。陳敬中主持編寫第一章至第八章和第十二章，劉劍洪主持編寫第九章至第十一章，協(xié)助參加編寫工作的還有工程師胡再云，博士生王芳、韓煒，碩士生陳瀛、胡波、段萌語、劉霞、楊婕。

內(nèi)容概要

　　《納米材料科學導論》系統(tǒng)介紹了納米科技；納米材料結(jié)構(gòu)與物理化學特性；納米結(jié)構(gòu)組裝體系和納米微粒制備與表面修飾；典型礦物納米微粒結(jié)構(gòu)及納米化研究與制備；納米復合材料、粘土礦物及其納米復合材料、聚合物一無機納米復合材料，以及幾種高新納米材料。內(nèi)容安排符合教學要求，富有啟發(fā)性，有利于學生素質(zhì)、能力的培養(yǎng)和提高。理論論證科學，實踐性也很強，及時、準確反映了國內(nèi)外先進成果。20世紀末納米科學和納米技術(shù)的產(chǎn)生，催生了納米物理學、納米化學、納米生物學、納米材料科學等新型學科。　　《納米材料科學導論》適用于材料科學、應用物理、應用化學等專業(yè)的本科生和研究生，也可供有關(guān)專業(yè)的教學和科研人員參考。

書籍目錄

第一章 納米科學與納米技術(shù)1．1 納米世界里的大科學1．1．1 人類對自然界的認識1．1．2 納米科技研究的尺度1．1．3 介觀領(lǐng)域中的納米科技1．1．4 納米科技的定義1．1．5 納米材料的特征1．1．6 納米礦物學1．1．7 納米科技研究的領(lǐng)域1．1．8 納米科技的未來1．1．9 納米科技發(fā)展的里程碑1．2 納米物理學1．2．1 新興的納米物理學1．2．2 納米器件構(gòu)筑1．2．3 納米器件的挑戰(zhàn)1．2．4 納米放大器1．2．5 諾貝爾獎與納米科技1．3 納米電子學1．3．1 納米電子器件1．3．2 機器小型化1．3．3 納米熱線1．3．4 分子器件、納米器件的連接1．3．5 大數(shù)定律1．3．6 DNA計算圖像說明1．4 納米科技與醫(yī)學1．4．1 磁敏感菌的磁力1．4．2 納米有機分子量子點的熒光1．4．3 形形色色的復合體1．4．4 納米生物、納米醫(yī)學技術(shù)1．4．5 原子力顯微鏡1．4．6 奇異的有機樹形聚合物1．5 微型納米機器制造1．5．1 微型納米機器制造技術(shù)的未來1．5．2 納米機器和納米裝配機1．5．3 分子復制機1．5．4 模擬宏觀機器的納米機器1．5．5 超越生物進化1．5．6 納米科學技術(shù)的應用前景1．6 微觀世界中的納米結(jié)構(gòu)1．6．1 納米結(jié)構(gòu)的提出1．6．2 納米結(jié)構(gòu)組裝體系1．6．3 納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方法1．6．4 微觀世界中計算機芯片的建造1．6．5 納米芯片建造技術(shù)1．6．6 操縱原子、分子1．6．7 “從上到下”和“從下到上”1．6．8 納米結(jié)構(gòu)體系與新量子效應器件1．6．9 納米結(jié)構(gòu)制造的未來第二章 新興的納米材料科學2．1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)對稱新理論2．1．1 對稱性的哲學定義2．1．2 對稱性的范圍2．1．3 對稱性的尺度2．1．4 簡單對稱性和復合對稱性2．1．5 對稱性基本特征及對稱性理論新進展2．2 納米材料科學2．2．1 納米材料科學的發(fā)展2．2．2 納米材料的維數(shù)2．2．3 納米材料的表征方法2．2．4 納米級的表面和界面2．2．5 晶體中的缺陷2．2．6 納米微粒聚合體2．2．7 納米微粒礦物的開發(fā)利用2．2．8 納米材料科學與其他學科的關(guān)系2．2．9 高新科技中的納米材料第三章 納米物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及物理、化學性質(zhì)3．1 納米物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元3．1．1 團族3．1．2 人造原子3．1．3 納米微粒3．2 納米微粒的基本理論3．2．1 電子能級的不連續(xù)性3．2．2 量子尺寸效應3．2．3 小尺寸效應3．2．4 表面效應3．2．5 宏觀量子隧道效應3．2．6 庫侖堵塞與量子隧穿3．2．7 介電限域效應3．3 納米微粒的物理特性3．3．1 熱學性能3．3．2 磁學性能3．3．3 光學性能3．3．4 納米微粒懸浮液及其動力學性質(zhì)3．3．5 納米微粒的表面敏感特性3．3．6 光催化性能3．4 納米微粒的化學特性3．4．1 吸附3．4．2 納米微粒的分散與團聚3．4．3 流變學第四章 納米固體材料的微結(jié)構(gòu)4．1 納米固體的結(jié)構(gòu)特點4．2 納米固體界面的結(jié)構(gòu)模型4．2．1 類氣態(tài)模型4．2．2 有序模型4．2．3 結(jié)構(gòu)特征分布模型4．2．4 納米微粒多重分數(shù)維準晶結(jié)構(gòu)模型——一類新型的金屬納米材料4．3 納米固體界面的研究方法4．3．1 x射線研究4．3．2 納米界面結(jié)構(gòu)的電鏡觀察4．3．3 納米界面結(jié)構(gòu)的穆斯堡爾譜4．3．4 納米固體結(jié)構(gòu)的內(nèi)耗研究4．3．5 正電子湮沒4．3．6 納米材料結(jié)構(gòu)的核磁共振4．3．7 拉曼(JRaman)光譜4．3．8 電子自旋共振(EsR)4．3．9 納米材料結(jié)構(gòu)中的缺陷4．3．10 康普頓輪廓法第五章 納米結(jié)構(gòu)組裝體系5．1 人工納米結(jié)構(gòu)組裝體系5．1．1 超微型開關(guān)5．1．2 發(fā)光可調(diào)制性5．1．3 量子點磁開關(guān)5．1．4 納米結(jié)構(gòu)組裝體系5．2 納米結(jié)構(gòu)自組裝和分子自組裝合成5．2．1 膠體晶體的自組裝合成5．2．2 金屬膠體自組裝納米結(jié)構(gòu)5．2．3 多孔納米結(jié)構(gòu)的自組裝合成5．2．4 半導體量子點陣列體系(膜)的合成5．2．5 分子自組裝合成納米結(jié)構(gòu)5．3 厚膜模板合成納米陣列5．3．1 厚膜模板的制備和分類5．3．2 納米結(jié)構(gòu)的模板合成方法5．4 介孔固體和介孔復合體的合成5．4．1 介孔固體的合成5．4．2 介孔固體和介孔復合體的熒光增強效應第六章 納米微粒的制備與表面修飾第七章 電氣石納米化制備及其應用研究第八章 納米粘土礦物——以海泡石和破縷石為例第九章 納米復合材料——未來材料新世界第十章 粘土礦物及其納米復合材料第十一章 聚合物—無機納米復合材料第十二章 納米高新材料——未來世界的主角參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1．1．4．2納米科技的核心——納米結(jié)構(gòu)材料納米科技的核心是納米結(jié)構(gòu)材料，此類材料可能有助于縮小航天器的尺寸、減輕其重量并降低其能耗，有助于創(chuàng)造將有害副產(chǎn)物排放減到最低的綠色制造工藝，有助于為通過分子工程制造的可生物降解的殺蟲劑打下基礎(chǔ)。這個領(lǐng)域的范圍極寬廣，而且一些納米科技中的基礎(chǔ)研究仍然在起步階段，可能需要幾十年才能實現(xiàn)其預期的技術(shù)目標?，F(xiàn)實世界中納米結(jié)構(gòu)的確是存在的。把夾有厚度小于1nm的若干非磁性層交錯地夾在磁性層中，便做成了磁盤驅(qū)動器的探頭，其靈敏度要比先前的磁頭高出許多倍，從而使每塊磁盤的表面上能夠存儲更多的數(shù)據(jù)。掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等，能夠獲得單個原子的圖像，并將單個原子從一處移動到另一處。這類對單個分子或原子成像并進行分子或原子操縱的新工具，將迎來納米科技的新時代。IBM公司能把原子力顯微鏡中使用的納米級針尖安裝在一塊微芯片的1000多根微型懸臂上，裝置中的針尖能夠把數(shù)字位記錄在一塊聚合物板上。這項納米技術(shù)將有助于發(fā)明一種存儲密度為普通磁盤驅(qū)動器20倍以上的數(shù)據(jù)存儲器。1．1．4．3納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑技術(shù)納米科技研究人員不斷發(fā)現(xiàn)有效的辦法來構(gòu)筑大小只有納米級的結(jié)構(gòu)。納米科技的發(fā)展取決于能否高效率制造幾個納米到數(shù)百納米的結(jié)構(gòu)。目前可利用物理、化學、物理化學、生物物理、生物化學以及綜合方法等獲得納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。

編輯推薦

《納米材料科學導論》由高等教育出版社出版。

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