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第一章　纳米科学与纳米技术 1

1.1 纳米世界里的大科学 1

1.1.1　人类对自然界的认识 1

1.1.2　纳米科技研究的尺度 1

1.1.3　介观领域中的纳米科技 2

1.1.4　纳米科技的定义 4

1.1.5　纳米材料的特征 6

1.1.6　纳米矿物学 7

1.1.7　纳米科技研究的领域 8

1.1.8　纳米科技的未来 9

1.1.9　纳米科技发展的里程碑 11

1.2　纳米物理学 12

1.2.1　新兴的纳米物理学 13

1.2.2　纳米器件构筑 16

1.2.3　纳米器件的挑战 17

1.2.4　纳米放大器 20

1.2.5　诺贝尔奖与纳米科技 20

1.3　纳米电子学 21

1.3.1　纳米电子器件 22

1.3.2　机器小型化 23

1.3.3　纳米热线 24

1.3.4　分子器件、纳米器件的连接 25

1.3.5　大数定律 26

1.3.6 DNA计算图像说明 27

1.4 纳米科技与医学 28

1.4.1 磁敏感菌的磁力 29

1.4.2　纳米有机分子量子点的荧光 30

1.4.3　形形色色的复合体 31

1.4.4　纳米生物、纳米医学技术 32

1.4.5　原子力显微镜 35

1.4.6　奇异的有机树形聚合物 36

1.5　微型纳米机器制造 37

1.5.1 微型纳米机器制造技术的未来 38

1.5.2　纳米机器和纳米装配机 39

1.5.3　分子复制机 41

1.5.4　模拟宏观机器的纳米机器 42

1.5.5　超越生物进化 44

1.5.6　纳米科学技术的应用前景 46

1.6.1　纳米结构的提出 49

1.6　微观世界中的纳米结构 49

1.6.3　纳米结构构筑方法 50

1.6.2　纳米结构组装体系 50

1.6.4　微观世界中计算机芯片的建造 52

1.6.5　纳米芯片建造技术 53

1.6.6　操纵原子、分子 57

1.6.7　“从上到下”和“从下到上” 58

1.6.8　纳米结构体系与新量子效应器件 60

1.6.9　纳米结构制造的未来 61

2.1.1　对称性的哲学定义 62

第二章　新兴的纳米材料科学 62

2.1 物质结构对称新理论 62

2.1.2　对称性的范围 63

2.1.3　对称性的尺度 63

2.1.4　简单对称性和复合对称性 63

2.1.5　对称性基本特征及对称性理论新进展 64

2.2　纳米材料科学 69

2.2.1　纳米材料科学的发展 70

2.2.3　纳米材料的表征方法 72

2.2.2　纳米材料的维数 72

2.2.4　纳米级的表面和界面 74

2.2.5　晶体中的缺陷 75

2.2.6　纳米微粒聚合体 75

2.2.7　纳米微粒矿物的开发利用 76

2.2.8　纳米材料科学与其他学科的关系 78

2.2.9　高新科技中的纳米材料 80

3.1　纳米物质的结构单元 81

3.1.1 团族 81

第三章 纳米物质的结构及物理、化学性质 81

3.1.2　人造原子 82

3.1.3　纳米微粒 83

3.2　纳米微粒的基本理论 84

3.2.1 电子能级的不连续性 84

3.2.2　量子尺寸效应 90

3.2.3　小尺寸效应 91

3.2.4　表面效应 91

3.2.5　宏观量子隧道效应 93

3.2.6　库仑堵塞与量子隧穿 93

3.3　纳米微粒的物理特性 94

3.2.7　介电限域效应 94

3.3.1 热学性能 95

3.3.2　磁学性能 96

3.3.3　光学性能 101

3.3.4　纳米微粒悬浮液及其动力学性质 106

3.3.5　纳米微粒的表面敏感特性 107

3.3.6　光催化性能 107

3.4.1　吸附 111

3.4　纳米微粒的化学特性 111

3.4.2　纳米微粒的分散与团聚 114

3.4.3　流变学 117

第四章　纳米固体材料的微结构 122

4.1 纳米固体的结构特点 122

4.2　纳米固体界面的结构模型 123

4.2.1　类气态模型 123

4.2.2　有序模型 124

4.2.3　结构特征分布模型 124

4.3 纳米固体界面的研究方法 125

4.3.1 x射线研究 125

4.2.4　纳米微粒多重分数维准晶结构模型——一类新型的金属纳米材料 125

4.3.2 纳米界面结构的电镜观察 126

4.3.3　纳米界面结构的穆斯堡尔谱 127

4.3.4　纳米固体结构的内耗研究 130

4.3.5　正电子湮没 132

4.3.6　纳米材料结构的核磁共振 138

4.3.7　拉曼（Raman）光谱 141

4.3.8　电子自旋共振（ESR） 145

4.3.9　纳米材料结构中的缺陷 153

4.3.10　康普顿轮廓法 158

5.1.1　超微型开关 164

第五章　纳米结构组装体系 164

5.1 人工纳米结构组装体系 164

5.1.2　发光可调制性 165

5.1.3　量子点磁开关 165

5.1.4　纳米结构组装体系 165

5.2　纳米结构自组装和分子自组装合成 165

5.2.1　胶体晶体的自组装合成 166

5.2.2　金属胶体自组装纳米结构 167

5.2.3　多孔纳米结构的自组装合成 169

5.2.5　分子自组装合成纳米结构 170

5.2.4　半导体量子点阵列体系（膜）的合成 170

5.3　厚膜模板合成纳米阵列 171

5.3.1　厚膜模板的制备和分类 172

5.3.2　纳米结构的模板合成方法 173

5.4　介孔固体和介孔复合体的合成 178

5.4.1　介孔固体的合成 179

5.4.2　介孔固体和介孔复合体的荧光增强效应 183

6.1 纳米微粒的气相制备方法 192

6.1.1　气体冷凝法 192

第六章　纳米微粒的制备与表面修饰 192

6.1.2　活性氢－熔融金属反应法 193

6.1.3　溅射法 194

6.1.4　流动液面上真空蒸镀法 194

6.1.5　电加热蒸发法 196

6.1.6　混合等离子法 196

6.1.7　激光诱导化学气相沉积法 197

6.1.8　爆炸丝法 199

6.1.9　化学气相凝聚法和燃烧火焰－化学气相凝聚法 200

6.2.1　沉淀法 202

6.2　纳米微粒的液相制备方法 202

6.2.2　喷雾法 208

6.2.3　水热法（高温水解法） 209

6.2.4　溶剂挥发分解法（冻结干燥法） 210

6.2.5　溶胶－凝胶法（胶体化学法） 210

6.2.6　辐射化学合成法 212

6.3　纳米微粒的固相制备方法 214

6.3.1　热分解法 214

6.3.2　固相反应法 218

6.3.3　火花放电法 219

6.3.4　溶出法 220

6.3.5　球磨法 221

6.4　纳米微粒表面修饰 231

6.4.1　纳米微粒表面物理修饰 231

6.4.2　纳米微粒表面化学修饰 232

第七章 电气石纳米化制备及其应用研究 235

7.1 电气石矿物学研究 235

7.1.1　电气石的提纯制备 235

7.1.2　电子探针分析 235

7.1.4 电气石的x射线分析及晶胞参数的精确测定 236

7.1.3　电气石的晶体化学式的计算 236

7.1.5　电气石的主要性质 239

7.2　电气石纳米微粒结构特性 239

7.2.1　电气石纳米微粒结构 239

7.2.2　电气石纳米微粒最佳尺度的确定 264

7.3 电气石纳米化研究与制备 265

7.3.1　纳米微粒的制备方法 265

7.3.2　电气石纳米化的方法 267

7.4.1　电气石的传统应用 282

7.4　超细纳米化电气石的应用及意义 282

7.4.2　电气石新特性的应用及意义 283

7.4.3　超细纳米化电气石的应用前景 287

第八章　纳米粘土矿物——以海泡石和坡缕石为例 289

8.1　纳米矿物海泡石 289

8.1.1　海泡石矿物学 289

8.1.2　海泡石纳米结构特征 295

8.2　纳米矿物坡缕石 300

8.2.1　坡缕石粘土分布 300

8.2.3　纳米坡缕石矿物学 301

8.2.2　坡缕石研究现状 301

8.2.4　坡缕石纳米结构特征 309

8.3　纳米粘土矿物的应用 326

8.3.1　纳米海泡石的应用 326

8.3.2　纳米坡缕石的应用 330

第九章　纳米复合材料——未来材料新世界 338

9.1 自然界的纳米结构 338

9.2　纳米复合材料 338

9.2.1　纳米复合材料 339

9.2.2　纳米效应 340

9.3 聚合物纳米复合体系分类 341

9.3.1　聚合物的分类 342

9.3.2　聚合物纳米复合体系 343

9.3.3　无机纳米材料及纳米前驱体 344

9.3.4　纳米复合材料制备方法 344

9.3.5　聚合物纳米复合材料的优缺点 350

9.4　纳米蒙脱石多功能复合材料 352

9.4.1　蒙脱土的性质 352

9.4.2　蒙脱石资源及其分布 354

9.5.1　聚合物－层状硅酸盐纳米复合材料 359

9.5　聚合物－粘土纳米复合材料 359

9.5.2　聚合物－蒙脱土纳米复合材料 361

9.5.3　纳米前驱体材料与纳米复合材料 361

9.5.4　原位聚合方法 362

9.5.5　聚合物－层状硅酸盐复合物材料分类 364

9.5.6　成型方法 365

9.5.7　插层及层间膨胀的热力学 365

9.6　聚合物－无机纳米复合材料 366

9.6.1　无机纳米微粒及其复合材料 366

9.6.3　纳米功能聚合物复合材料 368

9.6.2　控制形态的有机－无机纳米复合材料 368

9.6.4　纳米敏感复合材料 369

9.6.5　纳米磁性复合材料 370

9.7　生物有机－无机纳米复合材料 370

9.7.1　生物替代材料的性能 370

9.7.2　组装与复合方法 371

9.7.3　纳米复合材料存在的问题 372

9.8　有机－无机纳米复合材料的功能、设计与制备 372

9.8.1　纳米复合材料的功能 372

9.8.3　纳米复合材料的合成设计 373

9.8.2　纳米复合材料的功能设计 373

9.8.4　纳米复合材料的稳定化设计 374

9.9　纳米复合应用展望 375

9.9.1　PLS纳米复合材料的应用 375

9.9.2　聚合物纳米晶 375

9.9.3　形态可控的纳米催化剂 376

9.9.4　组装或者自组装阵列的纳米级载体 376

9.9.5　纳米添加剂 377

9.9.6　多功能的纳米涂料 377

10.1.1　粘土矿物的分类和化学组成 379

第十章　粘土矿物及其纳米复合材料 379

10.1　粘土矿物的晶体结构 379

10.1.2　主要粘土矿物的晶体构造 380

10.2 粘土矿物的性质及胶体化学 390

10.2.1　粘土矿物的电性 390

10.2.2　粘土的水化作用 394

10.2.3　粘土矿物的吸附特性 396

10.2.4　阳离子固定作用 399

10.2.5　粘土－有机物的相互作用 400

10.2.6　粘土胶体化学 401

10.3　纳米复合的溶胶－凝胶法 411

10.3.1　制备金属纳米颗粒 411

10.3.2　制备纳米稀土 412

10.3.3　制备高分子有机－无机纳米功能材料 413

10.4　插层反应法 414

10.4.1　插层方法的指标与标准 416

10.4.2　层间插入法的要点 419

10.4.3　层间插入型纳米复合材料制法的改进 420

10.4.4　插层交换制备处理土 422

10.5　插层－复合方法 423

10.5.1　层状化合物的插层复合方法 423

10.5.2　插层复合纳米前驱体负载催化剂的制备与应用 427

10.5.3　插层复合纳米前驱体负载聚烯烃催化剂 430

10.6 自组装复合与成型方法 433

10.6.1　挤出成型 433

10.6.2　注塑成型 433

11.1 聚酰胺－粘土纳米复合材料 435

11.1.1　聚酰胺的单体 435

第十一章　聚合物－无机纳米复合材料 435

11.1.2　聚酰胺的催化剂 438

11.1.3　聚酰胺的聚合 439

11.1.4　聚酰胺－蒙脱土纳米复合材料的物化性能 441

11.1.5　尼龙6－粘土纳米复合材料 446

11.1.6　尼龙6－蒙脱土纳米复合材料工业成品的性能 447

11.1.7 NPA6的纳米结构与性能的关系 449

11.2　环氧树脂－粘土纳米复合材料 451

11.2.1　环氧树脂 451

11.2.2　硅酸盐－环氧树脂纳米复合材料 458

11.2.3　环氧树脂－粘土纳米复合材料的制备及剥离行为的影响因素 460

11.2.4　环氧树脂－粘土纳米复合材料的性能 476

11.2.5　环氧树脂－高岭土纳米复合材料 483

11.3　聚酯－蒙脱土纳米复合材料 485

11.3.1　聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）－蒙脱土纳米复合材料 485

11.3.2　聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）－蒙脱土纳米复合材料 497

11.3.3　聚酯－无机纳米复合材料的应用前景 505

11.4　聚烯烃－粘土纳米复合材料 506

11.4.1　聚烯烃及其复合材料 506

11.4.2　聚烯烃催化剂 506

11.4.3　聚烯烃的聚合工艺 510

11.4.4　聚烯烃的纳米复合材料 514

11.4.5　纳米前驱体载负茂金属催化剂制备聚乙烯 519

11.4.6　无机纳米形态与复合材料性能的关系 522

第十二章　纳米高新材料——未来世界的主角 524

12.1 纳米金属微粒准晶材料 524

12.1.1　纳米微粒多重分数维准晶结构模型 524

12.1.2　具有5次对称性的准晶结构模型 524

12.1.3　二维准晶结构几何特征 527

12.1.4　二维准晶结构模型 528

12.1.5　准晶结构研究的意义 533

12.2 富勒烯及其高新纳米材料 535

12.2.1 C60、Cn及其衍生物研究现状 535

12.2.2　富勒烯：碳球、碳管、碳洋葱的结构及特性 536

12.2.3 自然界的富勒烯碳球、碳管、碳洋葱的存在性 538

12.3　纳米碳管——电子器件的新秀 540

12.3.1　螺旋状的纳米碳管 540

12.3.2　纳米电路 541

12.3.3　纳米管场发射 542

12.3.4　制备纳米管的三种方法 544

12.3.5　纳米管的其他用途——非电子器件应用 545

12.3.6 碳纳米管的性质——向极限推进 548

12.3.7　高新纳米材料——纳米碳管 550

12.4　纳米芯片 553

12.4.1　第一代纳米芯片 553

12.4.2　计算机全力加速 554

12.4.3　缩小线宽 555

12.4.4　新老结合 557

12.4.5　图像说明 557

12.5.1 DNA纳米技术概述 563

12.5 DNA联姻纳米技术 563

12.5.2　分枝状DNA 565

12.5.3　系列六臂节点组成三维结构的分子晶体 567

12.5.4　棒状条组成立方体DNA分子模型 569

12.5.5　稳固的DNA序列 570

12.5.6　纳米机械 572

12.5.7 DNA用作触发器 573

12.5.8 对未来的展望 576

参考文献 577