納米材料學(xué)概論

前言

　　納米科學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)80年代末期誕生并快速崛起的新科技，它是物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)和電子學(xué)等多學(xué)科高度交叉的一門綜合性學(xué)科。如同微米技術(shù)在20世紀(jì)70年代以后對人類社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用一樣，納米科技必將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)。　　納米材料、納米結(jié)構(gòu)和納米技術(shù)的應(yīng)用不但可以節(jié)省資源和能源，而且對生態(tài)環(huán)境和人類健康也將發(fā)揮重要的作用。目前，納米科技和納米材料已引起世界各國的日益重視，紛紛制訂納米科技發(fā)展綱要和科技研究計(jì)劃。我國的納米科技研究也在諸多領(lǐng)域取得了可喜的成就，納米高科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，納米材料在改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。為此，各行各業(yè)都迫切需要了解和掌握納米材料和納米科技的基本理論知識(shí)和發(fā)展趨勢，為知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

　　《納米材料學(xué)概論》以納米材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能和應(yīng)用為主線，從零維納米結(jié)構(gòu)單元到納米組裝體系，較系統(tǒng)地介紹了納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)和最新科技成果。全書內(nèi)容分為十章，其中第一章介紹了納米材料的基本概念；第二章介紹了納米材料的基本特性；第三章至第五章分別介紹了零維、一維和二維納米結(jié)構(gòu)單元的制備、結(jié)構(gòu)特征及性能與應(yīng)用；第六章介紹了納米玻璃、納米陶瓷、納米金屬和納米高分子等三維納米結(jié)構(gòu)的制備、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能與應(yīng)用；第七章簡要介紹了幾種主要的三維納米復(fù)合材料；第八章介紹了納米結(jié)構(gòu)的人工組裝和分子自組裝技術(shù)，以及分子器件與分子機(jī)器的類型和工作原理；第九章介紹了納米材料的測量技術(shù)和表征方法，第十章介紹了納米材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

書籍目錄

第一章　緒論第一節(jié)　納米科技的基本內(nèi)涵一、納米科技的起源二、納米科技的研究內(nèi)容第二節(jié)　納米科技的研究意義一、引發(fā)生產(chǎn)方式的變革二、引發(fā)人類認(rèn)知的革命第三節(jié)　納米材料的研究歷史一、納米材料的研究歷程二、納米材料的發(fā)展階段第四節(jié)　納米材料的研究范疇一、納米材料的研究對象二、納米材料的研究內(nèi)容第五節(jié)　納米化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)一、納米化機(jī)遇二、納米安全性三、納米標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第二章　納米材料的基本效應(yīng)第一節(jié)　小尺寸效應(yīng)一、特殊的熱力學(xué)性質(zhì)二、特殊的磁學(xué)性質(zhì)三、特殊的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)　表面效應(yīng)第三節(jié)　量子尺寸效應(yīng)一、光譜線頻移二、導(dǎo)電性能的轉(zhuǎn)變第四節(jié)　宏觀量子隧道效應(yīng)第五節(jié)　庫侖堵塞與量子隧穿效應(yīng)第六節(jié)　介電限域效應(yīng)第七節(jié)　量子限域效應(yīng)第八節(jié)　應(yīng)用實(shí)例復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第三章　零維納米結(jié)構(gòu)單元第一節(jié)　原子團(tuán)簇一、原子團(tuán)簇分類二、碳原子團(tuán)簇第二節(jié)　人造原子一、人造原子的概念二、人造原子的特征第三節(jié)　納米粒子一、納米粒子的制備二、納米粒子的表面修飾三、納米粒子的結(jié)構(gòu)特征四、納米粒子的特性五、研究與發(fā)展現(xiàn)狀第四節(jié)　納米脂質(zhì)體及其靶向制劑一、脂質(zhì)體的組成二、脂質(zhì)體的形成原理三、脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)與載藥系統(tǒng)四、納米脂質(zhì)體靶向給藥系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第四章　一維納米結(jié)構(gòu)單元第一節(jié)　碳納米管一、碳納米管結(jié)構(gòu)二、碳納米管的合成三、碳納米管的純化四、碳納米管的穩(wěn)定性五、碳納米管的特性六、碳納米管的應(yīng)用第二節(jié)　納米線一、金屬納米線二、半導(dǎo)體納米線三、陶瓷納米線第三節(jié)　同軸納米電纜一、同軸納米電纜的制備二、同軸納米電纜的應(yīng)用第四節(jié)　納米帶一、納米帶的制備方法二、納米帶的特性三、納米帶的應(yīng)用第五節(jié)　納米環(huán)一、氧化鋅納米環(huán)二、金納米環(huán)三、鈷納米環(huán)復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第五章　二維納米結(jié)構(gòu)——納米薄膜第一節(jié)　納米薄膜的分類一、根據(jù)微結(jié)構(gòu)劃分二、根據(jù)用途劃分三、根據(jù)層數(shù)劃分第二節(jié)　納米薄膜的制備方法一、物理法二、化學(xué)法三、分子組裝方法第三節(jié)　納米薄膜的性能一、力學(xué)性能二、光學(xué)性能三、電磁學(xué)特性第四節(jié)　納米薄膜的應(yīng)用一、納米光學(xué)薄膜二、納米耐磨損膜與納米潤滑膜三、納米磁性薄膜四、納米氣敏薄膜五、納米滲透薄膜六、納米絕緣薄膜七、納米光電轉(zhuǎn)換薄膜復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第六章　三維納米結(jié)構(gòu)第一節(jié)　納米玻璃一、納米玻璃的研究層次二、納米玻璃的制備方法三、納米玻璃的應(yīng)用第二節(jié)　納米陶瓷一、納米陶瓷的制備二、納米陶瓷的特性三、納米陶瓷的應(yīng)用第三節(jié)　納米介孔材料一、分類及結(jié)構(gòu)特征二、介孔材料的合成三、介孔材料的應(yīng)用第四節(jié)　納米金屬一、納米晶化技術(shù)二、尺度效應(yīng)三、納米金屬材料的應(yīng)用第五節(jié)　納米高分子一、螺旋結(jié)構(gòu)高分子二、嵌段共聚物三、樹枝狀高分子第六節(jié)　最新研究進(jìn)展復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第七章　納米復(fù)合材料第一節(jié)　納米復(fù)合材料的分類第二節(jié)　納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)一、納米復(fù)合材料的功能設(shè)計(jì)二、納米復(fù)合材料的合成設(shè)計(jì)三、納米復(fù)合材料的穩(wěn)定化設(shè)計(jì)第三節(jié)　陶瓷基納米復(fù)合材料一、陶瓷基納米復(fù)合材料的制備二、陶瓷基納米復(fù)合材料的性能三、納米復(fù)合陶瓷的作用機(jī)制第四節(jié)　金屬基納米復(fù)合材料一、金屬基納米復(fù)合材料的制備二、金屬基納米復(fù)合材料的性能三、金屬基納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五節(jié)　聚合物基納米復(fù)合材料一、插層型聚合物納米復(fù)合材料二、填充型聚合物納米復(fù)合材料第六節(jié)　聚合物／聚合物納米復(fù)合材料一、分子復(fù)合納米聚合物材料二、原位復(fù)合納米聚合物材料三、聚合物微纖／聚合物納米復(fù)合材料第七節(jié)　納米復(fù)合材料的應(yīng)用前景復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第八章　納米組裝體系第一節(jié)　人工組裝一、原子操縱二、分子操縱第二節(jié)　納米加工一、利用STM和AFM的納米加工技術(shù)二、聚焦離子束技術(shù)三、準(zhǔn)分子激光直寫四、納米壓印第三節(jié)　分子自組裝一、組裝基本原理二、組裝工藝第四節(jié)　分子器件一、分子導(dǎo)線二、分子開關(guān)三、分子整流器第五節(jié)　分子機(jī)器一、DNA鑷子二、分子剪刀三、分子剎車四、分子馬達(dá)復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第九章　納米測量與表征第一節(jié)　納米測量技術(shù)一、電子顯微技術(shù)二、衍射技術(shù)三、譜學(xué)技術(shù)四、熱分析技術(shù)第二節(jié)　納米材料表征一、納米材料的粒度分析二、納米材料的形貌分析三、成分分析四、納米材料的結(jié)構(gòu)分析五、納米材料表面與界面分析第三節(jié)　納米測量技術(shù)的展望復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)第十章　納米材料的應(yīng)用與展望第一節(jié)　電子信息領(lǐng)域一、納米發(fā)電機(jī)二、納米馬達(dá)三、納米計(jì)算機(jī)第二節(jié)　生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一、生物導(dǎo)彈二、納米醫(yī)用機(jī)器人三、生物芯片技術(shù)第三節(jié)　能源與環(huán)境領(lǐng)域一、納米太陽能電池二、納米光催化第四節(jié)　軍事與航空領(lǐng)域一、納米衛(wèi)星二、隱身材料三、太空梯第五節(jié)　日常生活領(lǐng)域一、超雙疏界面材料二、微膠囊相變材料第六節(jié)　展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　第二節(jié)　納米科技的研究意義　　引發(fā)生產(chǎn)方式的變革　　從石器時(shí)代開始，人類傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是“從大到小”或者“由上到下”的加工技術(shù)。人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都是通過削去“多余”的物質(zhì)（數(shù)以億計(jì)的原子），以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)。而納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式是從微觀到宏觀，即“從小到大”或者“自下而上”。人類可以在原子水平上直接生產(chǎn)出自己所需要的任何東西，如分子大小的“萬能制造機(jī)”、“原子裝配機(jī)”，并能夠運(yùn)用任何材料去合成一切生存和享用的必需品。人類可以用小的機(jī)器制造更微小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個(gè)地排列原子，制造產(chǎn)品及在原子層面上操縱物質(zhì)。　　納米技術(shù)能使常規(guī)材料呈現(xiàn)出非常規(guī)物理特性，具有巨大的市場價(jià)值和開發(fā)價(jià)值，一些發(fā)達(dá)國家都投入了大量的資金進(jìn)行研究工作。目前納米技術(shù)也已經(jīng)滲透到了某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，如染料、涂料、食品等。通過納米技術(shù)可使涂料的耐洗刷性由原來的一千多次提高到一萬多次，延長老化時(shí)間。造價(jià)更低、功能更強(qiáng)的微型傳感器將廣泛應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)方面。比如，將微型傳感器裝在包裝箱內(nèi)，可通過全球定位系統(tǒng)，對貴重物品的運(yùn)輸過程實(shí)施全程跟蹤監(jiān)督；將微型傳感器裝在汽車輪胎中，可制造出智能輪胎，這種輪胎會(huì)告訴司機(jī)輪胎何時(shí)需要充氣或更換。這種對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行納米改性的技術(shù)，企業(yè)應(yīng)用的投入不大，而且市場前景廣闊。鑒于納米科技對未來工業(yè)的革命性影響和對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造的廣泛性，發(fā)達(dá)國家的企業(yè)為開拓巨大的潛在市場，正在加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，努力占領(lǐng)戰(zhàn)略制高點(diǎn)?！　∧壳埃鐼OS集成電路的極限線寬一般認(rèn)為是O.03μm（30nm）。根據(jù)美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，到2010年之前，微電子器件的線寬將達(dá)到這一物理極限。半導(dǎo)體器件的尺寸將達(dá)到0.1弘m（100 nm），這正好是納米結(jié)構(gòu)器件的最大長度。這不僅是加工精度、研發(fā)投資巨大以及量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理和技術(shù)限制問題，更重要的是將受到硅及作為絕緣層的二氧化硅自身性質(zhì)的限制。小于這一尺寸，所有的芯片需要按照新的原理來設(shè)計(jì)。為了突破信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，我們必須研究納米尺度中的理論問題和技術(shù)問題，建立適應(yīng)納米尺度的新的集成方法和新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而在這一尺度上制造出的新型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力將比目前微米技術(shù)下的計(jì)算機(jī)的速度和效率提高數(shù)百萬倍，使存儲(chǔ)容量達(dá)到數(shù)萬億比特，并且使能耗降低到現(xiàn)在的幾十萬分之一；通信帶寬可能會(huì)增大好幾百倍；可折疊的顯示器將比目前的顯示器明亮10倍，這將是對信息產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一場深刻的革命?！　　?/pre>








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