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《应用物理学丝书》出版说明 1

绪论 1

0.1 纳米科技的基本概念和内涵 2

0.2 纳米材科和技术领域研究的对象和发展的历史 5

0.3 纳米材料与其他学科的交叉、渗透 11

0.4 纳米结构研究的进展和趋势 14

0.5 纳米家族中的重要成员--纳米半导体 16

0.6 纳米材料在高科技中的地位 19

第一章 纳米结构单元 23

1.1 团簇 23

1.2 纳米微粒 24

1.3 人造原子 26

1.4 纳米管、纳米棒、纳米丝和同轴纳米电缆 27

1.4.1 碳纳米管 28

1.4.2 纳米棒、纳米丝和纳米线 34

1.4.3 同轴纳米电缆 45

参考文献 49

第二章 纳米微粒的基本理论 51

2.1 电子能级的不连续性 51

2.1.1 久保理论 51

2.1.2 电子能级的统计学和热力学 54

2.2 量子尺寸效应 59

2.3 小尺寸效应 60

2.4 表面效应 61

2.5 宏观量子隧道效应 63

2.6 库仑堵塞与量子隧穿 65

2.7 介电限域效应 65

参考文献 67

第三章 纳米微粒的结构与物理特性 68

3.1 纳米微粒的结构与形貌 68

3.2 纳米微粒的物理特性 72

3.2.1 热学性能 72

3.2.2 磁学性能 74

3.2.3 光学性能 79

3.2.4 纳米微粒悬浮液和动力学性质 85

3.2.5 表面活性及敏感特性 87

3.2.6 光催化性能 88

参考文献 94

第四章 纳米微粒的化学特性 96

4.1 吸附 96

4.1.1 非电解质的吸附 96

4.1.2 电解质吸附 97

4.2 纳米微粒的分散与团聚 99

4.2.1 分散 99

4.2.2 微粒的团聚 101

4.3 流变学 102

4.3.1 典型胶体悬浮液的黏性 103

4.3.2 纳米AI2O3悬浮液的黏度 104

4.3.3 磁性液体的黏度 105

4.3.4 双电层对黏性的影响 109

参考文献 111

第五章 纳米微粒的制备与表面修饰 112

5.1 气相法制备纳米微粒 112

5.1.1 低压气体中蒸发法(气体冷凝法) 112

5.1.2 活性氢-熔融金属反应法 114

5.1.3 溅射法 114

5.1.4 流动液面上真空蒸度法 115

5.1.5 通电加热蒸发法 116

5.1.6 混合等离子法 117

5.1.7 激光诱导化学气相沉积(LICVD) 118

5.1.8 爆炸丝法 121

5.1.9 化学气相凝聚法(CVC)和燃烧火焰-化学气相凝聚法(CFCVC) 122

5.2 液相法制备纳米微粒 124

5.2.1 沉淀法 124

5.2.2 喷雾法 131

5.2.3 水热法(高温水解法) 133

5.2.4 溶剂挥发分解法 134

5.2.5 溶胶-凝胶法(胶体化学法) 135

5.2.6 辐射化学合成法 138

5.3 纳米微粒表面修饰 140

5.3.1 纳米微粒表面物理修饰 140

5.3.2 表面化学修饰 141

参考文献 145

第六章 纳米微粒尺寸的评估 146

6.1 透射电镜观察法 146

6.2 X射线衍射线线宽法(谢乐公式) 147

6.3 比表面积法 148

6.4 X射线小角散射法 152

6.5 拉曼散射法 154

6.6 光子相关谱法 154

6.6.1 基本原理 154

6.6.2 光子相关谱仪 156

6.6.3 数据分析 158

参考文献 160

第七章 纳米固体及其制备 161

7.1 纳米固体的分类及其基本构成 161

7.2 纳米固体的制备 164

7.2.1 纳米金属与合金材料的制备 164

7.2.2 纳米相陶瓷的制备 173

7.2.3 纳米薄膜和颗粒膜的制备 181

参考文献 192

第八章 纳米固体材料的微结构 194

8.1 纳米固体的结构特点 194

8.2 纳米固体界面的结构模型 196

8.2.1 类气态模型 196

8.2.2 有序模型 196

8.2.3 结构特征分布模型 197

8.3 纳米固体界面的X光实验研究 198

8.3.1 类气态模型的诞生及争论 198

8.3.2 有序结构模型的实验依据 202

8.3.3 纳米非晶固体界面的径向分布函数研究 204

8.4 界面结构的电镜观察 206

8.5 穆斯堡尔谱研究 208

8.6 纳米固体结构的内耗研究 211

8.6.1 界面黏滞性的研究 212

8.6.2 退火过程中纳米材料结构变化的内耗研究 214

8.7 正电子湮没研究 215

8.7.1 纳米结构材料缺陷的研究 216

8.7.2 烧结过程中纳米材料致密化的研究 221

8.8 纳米材料结构的核磁共振研究 223

8.9 拉曼光谱 227

8.10 电子自旋共振的研究 232

8.10.1 基本概念 233

8.10.2 电子自旋共振研究纳米材料的实验结果 236

8.11 纳米材料结构中的缺陷 242

8.11.1 位错 243

8.11.2 三叉晶界 248

8.11.3 空位、空位团和孔洞 249

8.12 康普顿轮廓法 250

8.12.1 康谱顿轮廊与电子动量密度分布的关系 250

8.12.2 实验装置和数据处理 252

8.12.3 纳米材料的康普顿轮廊 253

参考文献 258

第九章 纳米固体材料的性能 260

9.1 力学性能 260

9.1.1 Hall-Petch关系 260

9.1.2 模量 265

9.1.3 超塑性 269

9.1.4 强度、硬度、韧性和塑性 273

9.2 热学性质 276

9.2.1 比热 276

9.2.2 热膨胀 279

9.2.3 热稳定性 281

9.3 纳米结构材料中的扩散问题 287

9.3.1 自扩散与溶质原子的扩散 287

9.3.2 溶解度 291

9.3.3 界面的固相反应 298

9.4 光学性质 300

9.4.1 紫外一可见光和红外光吸收 300

9.4.2 掺杂引起的可见光范围荧光现象 307

9.4.3 紫外到可见光的发射谱 309

9.5 磁性 314

9.5.1 饱和磁化强度 315

9.5.2 抗磁性到顺磁性的转变及顺磁到反铁磁转变 315

9.5.3 超顺磁性 316

9.5.4 磁相变 317

9.5.5 居里温度 319

9.5.6 巨磁电阻效应 319

9.6 电学性质 321

9.6.1 纳米材料的电阻(电导) 322

9.6.2 介电特性 326

9.6.3 压电效应 339

参考文献 341

第十章 纳米复合材料结构和性能 345

10.1 复合涂层材料 346

10.2 高力学性能材料 346

10.2.1 高强度合金 346

10.2.2 增韧纳米复相陶瓷 347

10.2.3 超塑性 348

10.3 高分子基纳米复合材料 348

10.4 磁性材料 349

10.4.1 磁致冷材料 349

10.4.2 超软磁材料和硬磁材料 350

10.4.3 巨磁电阻材料 350

10.5 光学材料 351

10.6 高介电材料 352

10.7 仿生材料 352

参考文献 354

第十一章 纳米粒子和离子团与沸石的组装体系 355

11.1 纳米粒子与沸石组装体系的合成 355

11.1.1 沸石结构的描述 355

11.1.2 金属纳米粒子和金属离子团簇与沸石组装体系的合成 358

11.2 沸石中纳米粒子的表征 362

11.2.1 银和卤化银沸石 363

11.2.2 碱金属和离子团簇粒子 365

11.2.3 过渡族金属纳米粒子 370

11.2.4 其他类型的纳米粒子 374

参考文献 408

第十二章 纳米结构 411

12.1 纳米结构自组织和分子自组织合成和性能 413

12.2 厚膜模板合成纳米阵列 421

12.2.1 模板的制备和分类 422

12.2.2 纳米结构的模板合成方法和技术要点 424

12.3 介孔固体和介孔复合体的合成和特性 431

12.3.1 介孔固体的合成与表征 431

12.3.2 介孔固体和介孔复合体荧光增强效应 437

12.4 单电子晶体管 448

12.4.1 构造和制作 448

12.4.2 电荷宇称效应 450

12.5 碳纳米管有序阵列体系的化学气相法合成 453

12.6 MCM-41合成与物性 456

参考文献 459

第十三章 纳米测量学 462

13.1 纳米测量学的现状和进展 462

13.2 纳米测量技术的展望 465

13.2.1 超薄层面及横向纳米结构的分析 465

13.2.2 电子与光子束分析技术 465

13.2.3 质谱分析技术 466

13.2.4 显微分析技术 466

13.2.5 扫描探针技术 469

13.2.6 纳米表面的测量技术 473

参考文献 475

第十四章 纳米结构和纳米材料的应用 476

14.1 纳米结构的应用 476

14.1.1 量子磁盘与高密度磁存储 476

14.1.2 高密度记忆存储元件 478

14.1.3 单电子晶体管的用途 478

14.1.4 高效能量转化纳米结构 480

14.1.5 超微型纳米阵列激光器 483

14.1.6 光吸收的过滤器和调制器 484

14.1.7 微型传感器 485

14.1.8 纳米结构高效电容器阵列 488

14.1.9 超高灵敏度电探测器和高密度电接线头 489

14.1.10 纳米结构离子分离器 489

14.2 纳米材料的应用 490

14.2.1陶瓷增韧 490

14.2.2 磁性材料 491

14.2.3 纳米微粒的活性及其在催化方面的应用 503

14.2.4 在生物和医学上的应用 509

14.2.5 光学应用 513

14.2.6 在其他方面的应用 519

参考文献 522

后记 524