納米材料基礎(chǔ)與應(yīng)用

前言

本書是為滿足我國(guó)高等院校材料類和應(yīng)用化學(xué)類專業(yè)本科生的專業(yè)學(xué)習(xí)，以及為從事新材料生產(chǎn)、檢測(cè)與應(yīng)用開發(fā)的科技人員快速了解納米材料相關(guān)知識(shí)而編寫出版的。納米科技是20世紀(jì)末誕生，將在21世紀(jì)快速發(fā)展并將深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)生活的新科技。納米材料作為納米科技的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)納米科技發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用，也是新材料的重要組成部分。讓盡量多的科技人員了解和掌握納米材料的物理、化學(xué)特性和制備技術(shù)及其功能應(yīng)用，將會(huì)促進(jìn)我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。自2000年以來(lái)，國(guó)內(nèi)許多高校的材料類、應(yīng)用化學(xué)類等本科專業(yè)相繼開設(shè)了納米材料的相關(guān)課程。但由于該課程內(nèi)容涉及物理、化學(xué)、材料、電子等多學(xué)科的知識(shí)，學(xué)科交叉性強(qiáng)，而傳統(tǒng)的本科專業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建時(shí)未考慮納米材料課程教學(xué)的特殊性，所以一直難以找到真正適合于本科生教學(xué)用的教材。本書從物理、化學(xué)等多種角度闡述納米材料的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)前期知識(shí)點(diǎn)要求低，系統(tǒng)介紹納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)和功能應(yīng)用，既便于不同專業(yè)方向、不同層次的讀者進(jìn)行理解，也便于本科教學(xué)。隨著高等教育的普及，大學(xué)教育更注重_丁程能力和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。本書在編寫過(guò)程中，始終堅(jiān)持以應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明問(wèn)題，在實(shí)例分析中學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)本書的學(xué)習(xí)，讀者不僅能在納米材料方面具備較系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，而且能成為新材料研發(fā)、生產(chǎn)和檢測(cè)的工程技術(shù)人員。本書盡量按照對(duì)新材料的認(rèn)知過(guò)程與教學(xué)規(guī)律進(jìn)行編寫，力求實(shí)現(xiàn)：（1）通過(guò)引入納米新材料激起讀者的求知欲，功能應(yīng)用貼近生活實(shí)際。（2）系統(tǒng)而簡(jiǎn)明地介紹了納米材料的基本概念、基本特性和基本理論，整個(gè)教材內(nèi)容完整、重點(diǎn)突出，強(qiáng)調(diào)納米材料的實(shí)際制備與應(yīng)用。（3）章節(jié)內(nèi)容循序漸進(jìn)，不斷回答引起讀者思索的問(wèn)題，同時(shí)也不斷激發(fā)讀者進(jìn)一步的思考。（4）通過(guò)章首的教學(xué)要點(diǎn)以及章末的習(xí)題，幫助讀者把握重點(diǎn)，并培養(yǎng)綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。（5）各章均引用國(guó)內(nèi)外最新的研究成果報(bào)道，力爭(zhēng)緊跟新材料的世界發(fā)展趨勢(shì)。（6）在各類納米材料的制備和應(yīng)用部分，以實(shí)例來(lái)說(shuō)明各種納米材料的制備特點(diǎn)與特性功能，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了納米材料的基本效應(yīng)和相關(guān)基礎(chǔ)理論、納米微粒的物理化學(xué)特性、納米材料的研究分析方法、各類納米材料特性與功能應(yīng)用及其典型的制備技術(shù)，側(cè)重介紹了納米粉體的制備技術(shù)。所涉及的納米材料的類型包括零維納米粉體、一維納米管（納米棒、納米絲和納米帶）、二維納米薄膜、三維納米塊體及其納米結(jié)構(gòu)和納米復(fù)合材料?！　”緯鴥?nèi)容豐富，條理清晰，采用典型納米材料的實(shí)例來(lái)闡述納米材料的特性、應(yīng)用與制備，適合不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。每章配有習(xí)題便于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行回顧與把握，也為學(xué)生拓展知識(shí)面、鍛煉綜合運(yùn)用能力提供幫助?！　”緯勺鳛楦叩仍盒２牧项?、應(yīng)用化學(xué)類專業(yè)的本科教材，也可作為納米材料生產(chǎn)、檢測(cè)與應(yīng)用開發(fā)的工程技術(shù)人員和研究人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 納米科技及納米材料緒論1.1 納米科技的興起1.1.1 納米科技的提出1.1.2 世界各國(guó)的發(fā)展情況1.2 納米科技的內(nèi)涵1.2.1 納米科技的范疇1.2.2 納米科技的研究?jī)?nèi)容1.2.3 納米科技的發(fā)展前景1.3 納米材料1.3.1 納米材料的定義1.3.2 納米材料的發(fā)展歷史1.3.3 納米材料的分類1.3.4 納米材料研究現(xiàn)狀1.3.5 納米材料特性與應(yīng)用1.3.6 納米材料的安全性習(xí)題第2章 納米材料的基本理論2.1 納米微粒的基本效應(yīng)2.1.1 量子尺寸效應(yīng)2.1.2 小尺寸效應(yīng)2.1.3 表面效應(yīng)2.1.4 宏觀量子隧道效應(yīng)2.1.5 庫(kù)侖堵塞與量子隧穿效應(yīng)2.1.6 介電限域效應(yīng)2.1.7 量子限域效應(yīng)2.2 納米微粒的物理特性2.2.1 納米微粒的熱學(xué)性能2.2.2 納米微粒的光學(xué)性能2.2.3 納米微粒的電學(xué)性能2.2.4 納米微粒的磁學(xué)性能2.2.5 納米微粒的力學(xué)性能2.3 納米微粒的化學(xué)特性2.3.1 納米微粒的吸附特性2.3.2 納米微粒的催化反應(yīng)習(xí)題第3章 納米微粒的制備與表面修飾3.1 納米微粒制備方法分類3.1.1 按反應(yīng)所處的介質(zhì)環(huán)境分類3.1.2 按是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分類3.1.3 按原材料的尺寸分類3.2 典型固相制備方法3.2.1 機(jī)械法3.2.2 固相反應(yīng)法3.2.3 其他固相法3.3 典型氣相制備方法3.3.1 低壓氣體中蒸發(fā)法3.3.2 低真空濺射法3.3.3 流動(dòng)液面上真空蒸鍍法3.3.4 爆炸絲法3.3.5 化學(xué)氣相沉積法3.3.6 氣相中納米微粒的生成及粒徑控制3.4 典型液相制備方法3.4.1 沉淀法3.4.2 金屬醇鹽水解法3.4.3 溶膠一凝膠法3.4.4 霧化溶劑揮發(fā)法3.4.5 微乳液法3.4.6 水熱／溶劑熱法3.5 納米微粒的表面修飾與改性3.5.1 納米微粒的表面物理修飾3.5.2 納米微粒的表面化學(xué)修飾習(xí)題第4章 納米微粒分析4.1 納米微粒粒徑分析4.1.1 基本概念4.1.2 顯微圖像分析法4.1.3 X射線衍射寬化法4.1.4 比表面積法4.1.5 激光粒度分析法4.1.6 X射線小角散射法4.1.7 其他粒徑分析方法4.2 納米微粒振動(dòng)光譜分析4.2.1 紅外光譜4.2.2 拉曼光譜習(xí)題第5章 一維納米材料5.1 一維納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.2 一維納米材料特性及其應(yīng)用5.2.1 熱穩(wěn)定性5.2.2 力學(xué)性能5.2.3 電子傳送特性5.2.4 聲子傳送特性5.2.5 光學(xué)特性5.2.6 光電導(dǎo)性和光學(xué)開關(guān)特性5.2.7 傳感應(yīng)用5.2.8 場(chǎng)發(fā)射特性5.3 一維納米材料的制備方法5.3.1 氣相法5.3.2 液相法5.3.3 模板法習(xí)題第6章 納米薄膜6.1 納米薄膜的分類與結(jié)構(gòu)6.1.1 納米薄膜的分類6.1.2 納米薄膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.2 納米薄膜特性及其應(yīng)用6.2.1 納米薄膜的電學(xué)性能6.2.2 納米薄膜的光學(xué)性能6.2.3 納米薄膜的磁學(xué)性能6.3 納米薄膜氣相制備方法6.3.1 薄膜氣相生長(zhǎng)機(jī)理6.3.2 物理氣相沉積法6.3.3 化學(xué)氣相沉積法6.4 納米薄膜液相制備方法6.4.1 自組裝法6.4.2 溶膠一凝膠法6.4.3 電化學(xué)沉積法6.4.4 LB膜法習(xí)題第7章 納米固體材料7.1 納米固體材料的微結(jié)構(gòu)7.1.1 納米固體材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7.1.2 納米固體材料的界面結(jié)構(gòu)模型7.1.3 納米固體材料的結(jié)構(gòu)缺陷7.1.4 納米固體材料微結(jié)構(gòu)的表征7.2 納米固體材料的性能及應(yīng)用7.2.1 納米固體材料力學(xué)性能及應(yīng)用7.2.2 納米固體材料熱學(xué)性能及應(yīng)用7.2.3 納米固體材料電學(xué)性能及應(yīng)用7.2.4 納米固體材料磁學(xué)性能及應(yīng)用7.2.5 納米固體材料光學(xué)性能及應(yīng)用7.3 納米固體材料的制備方法7.3.1 納米金屬材料的制備7.3.2 納米陶瓷材料的制備習(xí)題第8章 納米結(jié)構(gòu)的制備與特性8.1 納米結(jié)構(gòu)及其分類8.1.1 納米結(jié)構(gòu)的分類8.1.2 納米結(jié)構(gòu)薄膜8.1.3 有序納米陣列8.1.4 介孔材料8.2 納米結(jié)構(gòu)的性能及其應(yīng)用8.2.1 納米結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能與應(yīng)用8.2.2 納米結(jié)構(gòu)的磁學(xué)性能與應(yīng)用8.2.3 納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能與應(yīng)用8.2.4 介孔材料的應(yīng)用8.3 納米結(jié)構(gòu)的制備8.3.1 納米結(jié)構(gòu)的人工加工技術(shù)8.3.2 納米結(jié)構(gòu)的自組裝8.3.3 納米結(jié)構(gòu)的模板法制備8.3.4 介孔材料的制備習(xí)題第9章 納米復(fù)合材料9.1 納米復(fù)合材料概述9.1.1 納米復(fù)合材料的概念9.1.2 復(fù)合材料的分類9.2 納米復(fù)合材料的性能9.2.1 納米復(fù)合材料的力學(xué)性能9.2.2 納米復(fù)合材料的熱學(xué)性能9.2.3 納米復(fù)合材料的阻燃性9.2.4 納米復(fù)合材料的阻隔性9.3 納米復(fù)合材料的制備方法9.3.1 共混法9.3.2 層問(wèn)插入法9.3.3 反應(yīng)器就地合成法9.3.4 溶膠一凝膠法9.3.5 輻射合成法9.4 納米復(fù)合材料的應(yīng)用9.4.1 納米復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域9.4.2 規(guī)模生產(chǎn)的納米復(fù)合材料商品習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：6.1.1納米薄膜的分類納米薄膜是指尺寸在納米量級(jí)的顆粒（晶粒）構(gòu)成的薄膜或者層厚在納米量級(jí)的單層或多層薄膜，通常也稱為納米顆粒薄膜和納米多層薄膜。納米薄膜的性能強(qiáng)烈依賴于晶粒（顆粒）尺寸、膜的厚度、表面粗糙度及多層膜的結(jié)構(gòu)，與普通薄膜相比，納米薄膜具有許多獨(dú)特的性能，如具有巨電導(dǎo)、巨磁電阻效應(yīng)、巨霍爾效應(yīng)、可見(jiàn)光發(fā)射等。例如，美國(guó)霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家在SiO-Au的顆粒膜上觀察到極強(qiáng)的巨電導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)金顆粒的體積百分比達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，電導(dǎo)增加了14個(gè)數(shù)量級(jí)；納米氧化鎂銦薄膜經(jīng)氫離子注入后，電導(dǎo)增加了8個(gè)數(shù)量級(jí)。納米薄膜可作為氣體催化（如汽車尾氣處理）材料、過(guò)濾器材料、高密度磁記錄材料、光敏材料、平面顯示材料及超導(dǎo)材料等，其獨(dú)特的光學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)與氣敏特性在重工業(yè)、輕工業(yè)、軍事、石化等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，因而越來(lái)越受到人們的重視。目前，納米薄膜的結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用研究還處于起步階段，隨著研究工作的發(fā)展，更多的結(jié)構(gòu)新穎、性能獨(dú)特的納米薄膜必將出現(xiàn)，應(yīng)用范圍也將日益廣闊。關(guān)于納米薄膜的分類，目前有多種方法，大致可分為以下幾種。1.按用途劃分納米薄膜可按用途分為納米功能薄膜和納米結(jié)構(gòu)薄膜。納米功能薄膜是利用納米微粒所具有的電、光、磁等方面的特性，通過(guò)復(fù)合的方法使新材料具有基體所不具備的特殊功能；而納米結(jié)構(gòu)薄膜主要是通過(guò)納米微粒復(fù)合，對(duì)材料力學(xué)進(jìn)行改性，以提高材料在機(jī)械方面的性能為主要目的。2.按層數(shù)劃分按納米薄膜的沉積層數(shù)，可分為納米單層薄膜和納米多層薄膜。其中，納米多層薄膜包括我們平常所說(shuō)的“超晶格”薄膜，它一般是由幾種材料交替沉積而形成的結(jié)構(gòu)組分交替變化的薄膜，隔層厚度均為nm級(jí)。組成納米（單層）薄膜和納米多層薄膜的材料可以是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、有機(jī)高分子，也可以是它們的多種組合，如金屬-半導(dǎo)體、金屬-絕緣體、半導(dǎo)體-絕緣體、半導(dǎo)體-高分子材料等，而且每一種組合都可衍生出眾多類型的復(fù)合薄膜。

編輯推薦

《納米材料基礎(chǔ)與應(yīng)用》：新穎編寫體例新穎，借鑒優(yōu)秀教材特別是國(guó)外精品教材的寫作思路和方法，圖文并茂，活潑新穎。書中設(shè)置導(dǎo)入案例、閱讀材料和應(yīng)用案例等多種模塊，并配備大量實(shí)物圖和實(shí)景圖，并輔以示意圖進(jìn)行介紹，增強(qiáng)教材的可讀性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。知識(shí)內(nèi)容新穎，充分反映學(xué)科新理論、新技術(shù)、新材料和新工藝，體現(xiàn)最新教學(xué)改革成果，并將學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和前沿研究?jī)?nèi)容以閱讀材料的方式介紹給學(xué)生，增強(qiáng)教材內(nèi)容的延展性，有效拓展學(xué)生的知識(shí)面。實(shí)用知識(shí)體系實(shí)用，以學(xué)生就業(yè)所需專業(yè)知識(shí)和操作技能為著眼點(diǎn)，著重講解應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需的技能。理論講解簡(jiǎn)單實(shí)用，重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化實(shí)際操作訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)意識(shí)和職業(yè)能力。讓學(xué)生學(xué)而有用，學(xué)而能用。內(nèi)容編排實(shí)用，以學(xué)生為本，緊緊抓住學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)力點(diǎn)，并充分考慮學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，結(jié)合不同的工程實(shí)例深入淺出地進(jìn)行講解，案例分析和習(xí)題設(shè)置注重啟發(fā)性，強(qiáng)調(diào)鍛煉學(xué)生的思維能力和運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

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