納米材料及應用技術

《納米材料及應用技術》從原子、分子層次設計與計算機模擬計算電子、原子、晶體結構、表徵設備與技術、性能表徵、製備技術到應用領域對納米材料進行了較詳細的論述。 ^[1] 

第1章 緒論1

1.1 納米科學技術的問世1

1.2 納米科學技術引發的產業革命3

1.2.1 信息產業3

1.2.2 生物醫藥技術4

1.2.3 納米材料使傳統產業升級換代5

1.3 納米科學技術的國際態勢6

1.4 我國納米科學技術的發展11

參考文獻12

第2章 納米材料的結構與性能14

2.1 納米材料的特性及分類14

2.1.1 納米材料的特性14

2.1.2 納米材料的分類16

2.2 納米微粒17

2.2.1 納米微粒的結構與形貌17

2.2.2 納米微粒的物理特性17

2.3 納米碳材料30

2.3.1 C6030

2.3.2 納米洋葱狀富勒烯32

2.3.3 納米碳管33

2.4 納米晶體材料46

2.4.1 納米晶體材料的結構47

2.4.2 納米晶體材料的性能56

2.5 納米複合材料62

2.5.1 納米複合材料的分類62

2.5.2 納米複合材料的性能64

參考文獻70

第3章 納米材料測試分析技術78

3.1 電子顯微分析78

3.1.1 透射電子顯微分析（TEM）78

3.1.2 掃描電子顯微分析（SEM）102

3.1.3 X射線能譜儀（EDS）和波譜儀（WDS）107

3.1.4 電子能量損失譜（EELS）112

3.2 掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）117

3.2.1 掃描隧道顯微鏡117

3.2.2 原子力顯微鏡120

3.3 X射線衍射分析（XRD）122

3.3.1 X射線衍射原理123

3.3.2 X射線衍射分析方法（XRD）123

3.3.3 樣品製備124

3.3.4 X射線衍射分析（XRD）在納米材料研究中的應用124

3.4 光譜分析129

3.4.1 核磁共振譜129

3.4.2 紅外（IR） 、激光拉曼光譜134

3.4.3 紫外（UV） 、可見（VIS）光譜分析139

3.4.4 穆斯堡爾譜分析143

3.4.5 原子光譜分析146

3.4.6 分子熒光光譜分析156

3.4.7 擴展X射線吸收精細結構譜分析158

3.5 能譜分析161

3.5.1 俄歇電子能譜分析（AES） 161

3.5.2 X射線光電子能譜分析（XPS）166

3.5.3 紫外光電子能譜分析（UPS）172

3.6 粒度分析173

3.6.1 粒度分析法173

3.6.2 粒度分析的樣品製備174

3.6.3 粒度分析在納米材料中的應用175

參考文獻179

第4章 納米材料的設計與計算181

4.1 新材料設計概述181

4.1.1 計算機模擬的發展181

4.1.2 納米材料的分子模擬183

4.2 納米材料設計與計算的原理與方法186

4.2.1 第一性原理方法186

4.2.2 分子力學方法188

4.2.3 分子動力學方法189

4.2.4 分子蒙特卡洛方法（Monte Carlo method,簡稱MC）190

4.2.5 實驗數據的解析與模擬190

4.3 納米材料微觀結構、性能與分子模擬191

4.3.1 X射線衍射線形精煉方法及結構分析191

4.3.2 納米結構的計算機模擬195

4.3.3 擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）203

4.3.4 分子光譜的模擬204

4.4 電子結構和性質205

4.4.1 C60與納米碳管理論分析207

4.4.2 納米碳管的性質208

4.4.3 納米洋葱狀富勒烯（Nano Onion-like Fullerenes, NOLFs） 213

4.4.4 表面與界面的理論研究216

4.4.5 能帶-光子晶體217

參考文獻220

第5章 納米材料的製備技術223

5.1 由過飽和蒸氣製備納米團簇和納米顆粒223

5.1.1 團簇生成技術223

5.1.2 團簇組裝材料227

5.1.3 幻數227

5.1.4 濺射法、熱蒸發和激光法制備納米顆粒228

5.2 納米顆粒的化學合成法235

5.2.1 溶液中的成核與長大236

5.2.2 細微顆粒穩定與抗聚集長大236

5.2.3 納米顆粒237

5.3 半導體納米團簇的合成243

5.3.1 表徵方法及合成中的問題243

5.3.2 膠體/膠束/氣泡245

5.3.3 聚合物246

5.3.4 玻璃247

5.3.5 晶型主體和沸石主體247

5.3.6 單一尺寸團簇248

5.4 機械研磨法制備納米結構250

5.4.1 高能球磨和機械研磨251

5.4.2 納米結構形成的現象學252

5.4.3 晶粒尺寸減小的機理257

5.5 人工多層材料258

5.5.1 微觀結構259

5.5.2 加工260

5.6 納米碳管的製備264

5.6.1 納米碳管的特性264

5.6.2 納米碳管的合成265

5.6.3 定向納米碳管的製備270

參考文獻290

第6章 納米材料的加工291

6.1 溶膠-凝膠法加工納米材料291

6.1.1 引言291

6.1.2 氧化物的製備292

6.1.3 凝膠形成的無粉加工295

6.1.4 凝膠製備中的乾燥與脱水297

6.1.5 固化凝膠：燒結298

6.1.6 加工納米結構材料的基體299

6.1.7 納米材料溶膠-凝膠加工前景展望301

6.2 納米晶材料的成形與燒結302

6.2.1 引言302

6.2.2 納米晶顆粒的幹法成形302

6.2.3 納米晶顆粒的濕法成形304

6.2.4 無壓燒結過程中的理想緻密化304

6.2.5 無壓燒結過程中的非理想緻密化309

6.2.6 無壓燒結過程中的晶粒生長311

6.2.7 無壓燒結過程中孔對晶界的釘扎作用313

6.2.8 無壓燒結過程中晶粒生長的極小化和緻密化的極大化314

6.2.9 加壓燒結和燒結鍛壓315

6.2.10 其他燒結方法簡介318

6.2.11 結語320

參考文獻320

第7章 納米材料的應用321

7.1 納米材料在結構件領域的應用321

7.1.1 納米複合材料321

7.1.2 納米材料在機械工程中的應用324

7.1.3 納米材料在汽車工業中的應用327

7.1.4 納米碳管與金剛石328

7.2 納米材料和納米技術在電子器件方面的應用331

7.2.1 納米磁性材料331

7.2.2 納米光功能材料338

7.2.3 納米技術在電子器件方面的應用355

7.2.4 碳材料在電子器件方面的應用373

7.3 納米材料在化學化工領域中的應用375

7.3.1 納米材料作為催化劑375

7.3.2 作為增強、增韌和抗腐用的納米塑料376

7.3.3 在材料表面防腐及功能化中的應用385

7.3.4 納米材料在環保領域中的應用392

7.3.5 納米碳管的化學修飾402

7.4 納米材料在生物醫藥和健康衞生等領域的應用404

7.4.1 常用的生物材料及其特點404

7.4.2 納米藥物載體405

7.4.3 應用實例417

7.4.4 納米技術在生物材料中的應用434

7.4.5 碳納米材料在醫學上的應用435

7.5 納米材料在紡織品中的應用436

7.5.1 抗紫外線型化纖437

7.5.2 反射紅外線（含抗紅外線）型化纖438

7.5.3 抗菌、抑菌和除臭型化纖439

7.5.4 導電型化纖超細粉體材料442

7.5.5 功能化纖材料442

7.6 納米材料在其他領域的應用443

7.6.1 納米技術在體育方面的應用443

7.6.2 納米技術在農業中的應用443

7.6.3 納米技術在能源領域中的應用444

7.6.4 納米功能材料在航空航天領域的應用446

7.6.5 碳納米材料在其他方面的應用449

參考文獻450 ^[1]