納米材料化學(xué)及其應(yīng)用

前言

　　在21世紀(jì)，材料、能源和信息是構(gòu)成社會文明和國民經(jīng)濟(jì)的三大支柱。材料的發(fā)展水平始終是時代進(jìn)步和社會文明的標(biāo)志，從某種意義上來講，人類文明的發(fā)展史就是一部創(chuàng)造材料和利用材料的歷史。而材料的所有性能都是其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)在一定外界因素作用下的綜合反映。因此，材料化學(xué)是從化學(xué)的角度研究材料設(shè)計(jì)、制備、組成、結(jié)構(gòu)、表征、性質(zhì)和應(yīng)用的一門科學(xué)。它既是材料科學(xué)的一個重要分支，又是化學(xué)學(xué)科的一個組成部分，具有明顯的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的特點(diǎn)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及材料科學(xué)和化學(xué)科學(xué)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，作為新興學(xué)科的材料化學(xué)的發(fā)展日新月異。　　納米科學(xué)和技術(shù)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，是21世紀(jì)的j大高新技術(shù)領(lǐng)域之一。納米材料是在三維空間中至少有一個維度處在納米尺度（1～100nm）或ffl其作為基本單元構(gòu)成的材料。這些尺度下的材料在聲、光、電、磁及熱力學(xué)等性能上會出現(xiàn)許多非常新奇的現(xiàn)象，很難用傳統(tǒng)物理、化學(xué)理論進(jìn)行解釋。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，納米材料已經(jīng)在信息、能源、環(huán)境、生命、軍事、建筑等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。各國政府對納米科技也非常重視，相繼投入了大量的人力和物力進(jìn)行研究和開發(fā)?！　　都{米材料化學(xué)及其應(yīng)用》一書，是根據(jù)納米科技和材料化學(xué)相互交義、滲透的特點(diǎn)，把各自的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)融合在一起，在充分借鑒國內(nèi)外相關(guān)教材和資料文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上編寫而成。　　本書首先從納米材料化學(xué)的相關(guān)概念人手，介紹納米材料的制備化學(xué)和分析手段，及納米超分子化學(xué)，以及納米材料在石油化工、電子信息、軍事、航空航天、生物醫(yī)藥、紡織品、建筑、金屬表面改性以及環(huán)境治理上的應(yīng)用。內(nèi)容由淺入深，圖文并茂，適合于應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、材料學(xué)、環(huán)保等專業(yè)的學(xué)生，目的是提供給他們作為專業(yè)課或選修課教材?！　∪珪卜譃?2章，第1、2章由朱紅編寫，第3章由趙煒編寫，第4、5章由王芳輝編寫，第6章由楊圣杰編寫，第7章由江紅編寫，第8、10章由張永明編寫，第9、12章由許韻華編寫，第11、13章由楊玉國編寫。北京交通大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系的研究生們?yōu)楸緯木帉懼茍D等做了許多工作，北京化工大學(xué)的于書平副教授為本書的編寫提出了許多寶貴意見，在此一并致謝?！　∮捎诰幷邔W(xué)識有限，時間倉促，疏漏和錯誤在所難免，懇請廣大讀者諒解并給予批評指正?！　”緯鼙本┙煌ù髮W(xué)教材出版基金資助。

內(nèi)容概要

　　所謂納米技術(shù)，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子內(nèi)的運(yùn)動規(guī)律和特性的一項(xiàng)嶄新技術(shù)?？茖W(xué)家們在研究物質(zhì)構(gòu)成的過程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。

書籍目錄

第1章 基本概念1.1 納米材料導(dǎo)論1.1.1 納米材料的特性1.1.2 納米材料表現(xiàn)出的奇特性質(zhì)1.2 材料化學(xué)的基本概念1.2.1 材料化學(xué)的內(nèi)涵1.2.2 材料設(shè)計(jì)1.2.3 分子設(shè)計(jì)1.3 納米材料化學(xué)導(dǎo)論◇參考文獻(xiàn)第2章 納米材料的制備化學(xué)2.1 納米材料制備概述2.2 化學(xué)氣相法2.2.1 化學(xué)氣相反應(yīng)法2.2.2 化學(xué)氣相凝聚法2.2.3 化學(xué)氣相沉積法2.2.4 惰性氣體蒸發(fā)法2.3 化學(xué)液相法2.3.1 沉淀法2.3.2 水解法2.3.3 噴霧法2.3.4 溶劑熱法2.3.5 氧化還原法2.3.6 微乳液法2.3.7 溶膠-凝膠法2.3.8 模板法2.4 化學(xué)固相法2.4.1 熱分解法2.4.2 固相反應(yīng)法◇參考文獻(xiàn)第3章 納米材料的表征3.1 原子力顯微鏡3.1.1 原子力顯微鏡基礎(chǔ)知識3.1.2 原子力顯微鏡操作模式3.1.3 原子力顯微鏡在納米材料研究中的應(yīng)用3.2 俄歇電子能譜3.2.1 俄歇電子能譜基礎(chǔ)知識3.2.2 俄歇電子能譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)3.2.3 俄歇電子能譜分析技術(shù)3.2.4 俄歇電子能譜在納米材料研究中的應(yīng)用3.3 X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)3.3.1 X射線衍射基礎(chǔ)知識3.3.2 X射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)3.3.3 x射線衍射在納米材料研究中的應(yīng)用舉例3.4 振動光譜分析技術(shù)3.4.1 紅外光譜3.4.2 拉曼光譜3.5 粒度分析技術(shù)3.5.1 激光粒度分析法3.5.2 沉降法粒度分析3.5.3 電超聲粒度分析法3.6 近場光學(xué)顯微鏡3.6.1 基礎(chǔ)知識3.6.2 應(yīng)用舉例◇參考文獻(xiàn)第4章 納米超分子化學(xué)4.1 基本概念4.2 分子自組裝及應(yīng)用4.2.1 冠狀化合物的分子組裝4.2.2 環(huán)糊精的分子組裝4.2.3 杯芳烴的分子組裝4.2.4 其他合成受體的分子組裝4.2.5 環(huán)肽的分子組裝4.2.6 納米材料的應(yīng)用實(shí)例4.3 分子機(jī)器4.3.1 分子機(jī)器的化學(xué)構(gòu)件4.3.2 分子機(jī)器的一些類型4.3.3 展望◇參考文獻(xiàn)第5章 納米材料在石油與化工行業(yè)中的應(yīng)用第6章 納米材料在電子信息領(lǐng)域中的應(yīng)用第7章 納米材料在軍事及航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用第8章 納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用第9章 納米材料在紡織品行業(yè)中的應(yīng)用第10章 納米材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用第11章 納米材料在金屬表面改性中的應(yīng)用第12章 納米材料在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

章節(jié)摘錄

　　第1章基本概念　　1.1納米材料導(dǎo)論　　1.1.1納米材料的特性　　納米微粒是由有限數(shù)量的原子或分子組成的、保持原來物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)并處于亞穩(wěn)狀態(tài)的原子團(tuán)或分子團(tuán)。當(dāng)物質(zhì)的線度減小時，其表面原子數(shù)的相對比例增大，使單原子的表面能迅速增大。到納米尺度時，此種形態(tài)的變化反饋到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能上，就會顯示出奇異的效應(yīng)，主要可分為以下4種最基本的特性?！　?.小尺寸效應(yīng)　　納米材料中的微粒尺寸小到與光波波長或德布羅意波波長、超導(dǎo)態(tài)的相干長度等物理特征相當(dāng)或更小時，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，使得材料的聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)出現(xiàn)改變而導(dǎo)致新的特性產(chǎn)生的現(xiàn)象，就叫作納米材料的小尺寸效應(yīng)?！　±?，納米材料的光吸收明顯加大，并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；非導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性出現(xiàn)；磁有序態(tài)向磁無序態(tài)轉(zhuǎn)化，超導(dǎo)相向正常相轉(zhuǎn)變；金屬熔點(diǎn)明顯降低?！　∵@些特性的發(fā)現(xiàn)，使人們可利用它來改變以往的金屬冶煉工藝，通過改變顆粒大小控制材料吸收波長的位移，以制得具有一定吸收頻寬的納米吸收材料，用于電磁波屏蔽、防射線輻射、隱形飛機(jī)等領(lǐng)域；還可以根據(jù)這一效應(yīng)設(shè)計(jì)許多特性優(yōu)越的器件。

編輯推薦

　　《納米材料化學(xué)及其應(yīng)用》適合作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)以及化學(xué)相關(guān)學(xué)科本科生和研究生的教材或選修課程教材。

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