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第1章 绪论1

1.1材料的发展历史1

1.2先进材料及其重要性4

1.3先进材料的合成与制备技术10

参考文献13

第2章 溶胶-凝胶法14

2.1概述14

2.1.1溶胶-凝胶法简介14

2.1.2溶胶-凝胶法的主要用途和基本流程14

2.1.3溶胶-凝胶法的优缺点19

2.2溶胶-凝胶法制备薄膜20

2.2.1制备氧化物薄膜21

2.2.2制备硫化物薄膜24

2.2.3制备有机金属卤化物钙钛矿薄膜26

2.2.4制备有机-无机杂化薄膜27

2.3溶胶-凝胶法制备纳米晶30

2.3.1制备氧化物纳米晶31

2.3.2制备金属纳米晶33

参考文献34

第3章 水热和溶剂热法38

3.1概述38

3.1.1水热法38

3.1.2水热物理化学39

3.1.3水热技术类型40

3.1.4溶剂热法42

3.2水热和溶剂热法在纳米材料制备中的应用进展43

3.2.1金属、半金属及合金纳米材料的合成44

3.2.2二元氧族化合物纳米材料的合成52

3.2.3氮族和碳族化合物纳米材料的合成58

3.2.4多元化合物纳米材料的合成60

3.2.5介孔和介结构材料的合成62

3.2.6复合纳米材料的合成63

3.3水热和溶剂热法在材料合成中的应用展望68

参考文献68

第4章 高温油相法72

4.1概述72

4.1.1高温油相法简介72

4.1.2高温油相法的三要素73

4.1.3高温油相法的优缺点74

4.2高温油相法成核、生长与提纯机理74

4.2.1均匀成核基础74

4.2.2晶核的后续生长77

4.2.3分离提纯机理81

4.3半导体纳米颗粒的合成与形貌控制83

4.3.1量子点CdSe的合成84

4.3.2纳米棒CdSe的合成86

4.3.3四针状CdSe的合成87

4.4其他纳米颗粒合成88

4.4.1氧化物纳米颗粒合成88

4.4.2金属纳米颗粒合成91

4.4.3多元杂化纳米颗粒合成92

参考文献94

第5章 微波合成技术98

5.1概述98

5.1.1微波与物质的相互作用98

5.1.2微波技术的特点99

5.1.3微波技术的发展100

5.2微波在材料合成中的应用101

5.2.1微波合成的应用领域101

5.2.2微波促进反应的机理102

5.2.3微波合成中存在的问题103

5.3液相微波合成103

5.4固相微波合成107

5.4.1间歇微波法合成WO3-C复合材料用于直接甲醇燃料电池107

5.4.2间歇微波法制备掺氮石墨烯用于质子交换膜燃料电池中的Pt催化剂载体111

5.4.3微波法合成超薄g-C3N4用于光催化还原CO2117

5.5小结123

参考文献123

第6章 超声电化学法127

6.1概述127

6.1.1超声化学法127

6.1.2电化学法129

6.1.3超声电化学法的原理与特点129

6.1.4超声电化学法的分类130

6.2超声电化学法在纳米材料制备中的应用进展132

6.2.1纳米颗粒的可控制备132

6.2.2一维纳米材料的制备137

6.2.3树枝状纳米材料的制备141

6.2.4多孔纳米材料的制备144

6.2.5微纳分级结构材料的制备145

6.2.6复合纳米材料的制备146

6.3超声电化学在材料合成中的应用展望153

参考文献154

第7章 限域合成技术157

7.1概述157

7.2模板合成157

7.2.1硬模板法合成157

7.2.2软模板法合成170

7.2.3气泡模板法175

7.3雾化热解法177

7.4纳米颗粒原位转换法179

7.4.1克肯达尔效应180

7.4.2离子交换法183

7.4.3电镀置换法185

7.5限域合成的优缺点186

参考文献187

第8章化学气相沉积技术191

8.1概述191

8.2化学气相沉积原理192

8.2.1化学气相沉积定义192

8.2.2化学气相沉积中的化学反应193

8.2.3化学气相沉积中的化学热力学和动力学195

8.2.4化学气相沉积的特点与分类196

8.3化学气相沉积前驱体和材料199

8.3.1化学气相沉积前驱体的要求和种类199

8.3.2化学气相沉积材料202

8.4化学气相沉积与新材料204

8.4.1金属有机化学气相沉积生长LaAlO3栅介电薄膜及其电学性能204

8.4.2新型无水金属硝酸盐化学气相沉积前驱体的合成、表征及其应用208

8.4.3聚焦离子束化学气相沉积在复杂三维纳米结构制备上的应用214

8.4.4化学气相沉积制备金刚石薄膜和碳纳米管216

8.4.5化学气相沉积制备二维材料石墨烯220

参考文献226

第9章 原子层沉积技术231

9.1概述231

9.2原子层沉积原理、特点及分类231

9.2.1原子层沉积原理231

9.2.2原子层沉积特点235

9.2.3原子层沉积分类236

9.3原子层沉积前驱体和材料239

9.3.1原子层沉积前驱体239

9.3.2原子层沉积材料241

9.4等离子体增强原子层沉积242

9.4.1等离子体增强原子层沉积原理242

9.4.2等离子体增强原子层沉积特点243

9.5原子层沉积应用244

9.5.1高k栅介质和新型半导体沟道材料的集成与性能245

9.5.2超高密度存储器251

9.5.3生物相容性涂层259

9.5.4纳米结构和图案的制备及其在能源与光学领域的应用261

参考文献265

第10章 原子层刻蚀技术270

10.1概述270

10.2原子层刻蚀原理与特点270

10.2.1基本原理270

10.2.2等离子体原子层刻蚀原理272

10.2.3热原子层刻蚀原理275

10.2.4原子层刻蚀特点280

10.3原子层刻蚀材料281

10.3.1等离子体原子层刻蚀材料281

10.3.2热原子层刻蚀材料283

10.4展望与挑战283

参考文献284

第11章 团簇束流沉积技术288

11.1概述288

11.2团簇束流的产生290

11.3团簇束流沉积制备纳米结构薄膜296

11.3.1团簇束流沉积纳米粒子薄膜制备技术296

11.3.2团簇束流沉积过程的在线监控300

11.3.3定向团簇束流沉积302

11.3.4团簇束流掠角沉积制备三维纳米粒子柱状多孔阵列306

11.3.5团簇束流沉积制备纳米合金309

11.4荷能团簇束流沉积310

参考文献313

第12章 脉冲激光沉积技术317

12.1概述317

12.2激光与靶的相互作用318

12.2.1概述318

12.2.2靶对激光的吸收及靶的熔化和气化319

12.2.3表面等离子体形成及与激光的相互作用321

12.2.4碰撞及喷嘴效应323

12.2.5蒸气及等离子体与靶表面的相互作用328

12.3羽焰的传输330

12.3.1概述330

12.3.2激光脉冲结束后表面等离子体的初始膨胀331

12.3.3烧蚀物传输的流体行为——激波的形成和传输332

12.3.4激波的效应335

12.3.5沉积粒子速度的双峰现象337

12.3.6真空及低气压下烧蚀物对膜表面的再溅射效应339

12.4沉积粒子的化学状态、能量、沉积时间和空间分布339

12.4.1概述339

12.4.2沉积粒子化学状态339

12.4.3沉积粒子能量341

12.4.4沉积时间和沉积速率343

12.4.5沉积粒子的空间分布343

12.4.6脉冲激光沉积与分子束外延的比较344

12.5薄膜的形成及生长344

12.5.1薄膜生长的基本过程344

12.5.2脉冲激光沉积中薄膜生长的特征345

12.5.3薄膜取向控制346

12.6液体中的激光烧蚀349

12.6.1概述349

12.6.2液体中激光烧蚀对硅表面形貌的调制349

12.6.3液体中激光烧蚀制备纳米颗粒350

12.7总结和展望352

参考文献353

第13章 分子束外延361

13.1半导体分子束外延361

13.1.1概述361

13.1.2技术原理与系统构成364

13.1.3技术特点366

13.1.4分子束的产生367

13.1.5 RHEED监控原理369

13.1.6新型纳米复合材料的分子束外延370

13.2激光分子束外延371

13.2.1概述371

13.2.2高气压RHEED监控371

13.2.3二维薄膜生长——逐层生长和台阶流生长373

13.2.4衬底处理375

13.2.5钙钛矿薄膜、超薄膜和超晶格制备376

13.3氧化物分子束外延378

13.3.1概述378

13.3.2同质外延生长SrTiO3薄膜381

13.3.3异质外延生长SrTiO3薄膜384

参考文献387

第14章 磁控溅射390

14.1溅射原理概述390

14.1.1溅射的工作原理390

14.1.2磁控溅射的工作原理392

14.1.3磁控溅射薄膜生长特点393

14.1.4溅射产额395

14.2磁控溅射技术398

14.2.1射频溅射与反应溅射398

14.2.2非平衡磁控溅射技术400

14.2.3高功率脉冲磁控溅射402

14.3磁控溅射应用于材料沉积的实例404

14.3.1磁控溅射ZnO薄膜的生长404

14.3.2磁控溅射铁氧体薄膜的生长408

14.3.3高功率脉冲磁控溅射AlN薄膜的生长409

参考文献411

第15章 蒸发沉积技术414

15.1蒸发沉积的物理基础414

15.1.1蒸发与凝结414

15.1.2蒸发物质的空间角分布415

15.2蒸发沉积膜层的生长与结构特性416

15.3平坦表面柱状微结构的蒸发沉积417

15.3.1表面扩散与柱状微结构薄膜生长417

15.3.2倾角沉积的微孔柱状微结构生长418

15.3.3预置图案化表面的微孔柱状微结构生长420

15.3.4微孔柱状结构薄膜的物理特性及其应用421

15.4微结构表面的蒸发沉积422

15.4.1蒸发沉积的台阶覆盖性能422

15.4.2定向沉积与沉积膜层的图案化423

15.4.3图案化沉积膜层的遮蔽蒸发沉积424

参考文献430

第16章 提拉法晶体生长技术433

16.1概述433

16.2提拉法简介433

16.3提拉法晶体生长理论435

16.3.1输运理论435

16.3.2热力学理论440

16.3.3动力学理论441

16.3.4晶体生长形态442

16.4提拉法晶体生长过程447

16.4.1提拉法晶体生长程序447

16.4.2影响晶体生长的因素448

16.5晶体结构与缺陷451

16.5.1晶体结构451

16.5.2晶体缺陷452

16.6提拉法晶体生长技术进展455

16.6.1自动等径控制技术455

16.6.2双坩埚连续加料技术456

参考文献457

第17章 纳米压印技术459

17.1纳米压印技术的发展459

17.2纳米压印技术的种类461

17.2.1热压印与紫外光固化压印461

17.2.2滚轴压印462

17.3纳米压印胶材料463

17.3.1紫外光固化纳米压印胶材料463

17.3.2双层纳米压印胶体系465

17.4纳米压印的技术挑战466

17.4.1纳米压印的缺陷与对准问题466

17.4.2纳米压印的工艺要求467

17.4.3纳米压印模板与低表面能处理468

17.5复合纳米压印技术470

17.5.1复合纳米压印模板470

17.5.2曲面压印472

17.5.3改善纳米压印缺陷473

17.6纳米压印技术的应用与前景474

17.6.1磁记录与存储器件474

17.6.2粒径单一、形貌可控的纳米颗粒476

17.6.3有序金属纳米结构阵列477

参考文献479

第18章 金属3D打印技术及其粉体材料制备482

18.1 3D打印概述482

18.1.1 3D打印技术发展简介482

18.1.2 3D打印原理及基本流程484

18.2金属3D打印技术487

18.2.1金属3D打印技术分类及技术特点487

18.2.2激光选区烧结与熔化488

18.2.3电子束选区熔化489

18.2.4激光近净成形491

18.3金属3D打印材料493

18.3.1金属3D打印用粉体材料的要求493

18.3.2金属3D打印材料简介496

18.4 3D打印用金属粉体材料的制备500

18.4.1水雾化法501

18.4.2气雾化法501

18.4.3超声雾化法503

18.4.4其他制备技术505

参考文献507

第19章 DNA自组装纳米技术511

19.1概述511

19.1.1 DNA的分子结构511

19.1.2 DNA纳米结构的设计与合成512

19.1.3 DNA纳米结构的自组装512

19.1.4 DNA纳米结构的表征513

19.2 DNA自组装纳米结构513

19.2.1 DNA分子瓦二维结构自组装514

19.2.2 DNA分子瓦三维结构自组装516

19.2.3 DNA折纸术518

19.2.4 DNA折纸术二维结构自组装519

19.2.5 DNA折纸术三维结构自组装520

19.3 DNA自组装结构的动态变化522

19.3.1链置换反应驱动DNA结构变化522

19.3.2环境因素驱动DNA结构变化525

19.4 DNA纳米结构的应用527

19.4.1 DNA纳米结构引导的纳米材料定向组装527

19.4.2 DNA纳米结构的生物医学应用531

参考文献532