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目录1

第1章　绪论1

1.1　纳米科技的兴起与发展1

1.2　纳米的基本定义5

1.3　纳米材料特性研究的主要内容和意义8

参考文献11

第2章　纳米材料的物理和化学特性的基础知识13

2.1　元素和原子结构13

2.2　分子和物质的相态18

2.3　能级与能量22

2.4　纳米排列和自组装29

参考文献31

第3章　纳米材料的电子能态特性33

3.1　纳米材料的电子结构33

3.2　纳米材料中的电子关联和激发34

3.3　电子能级的离散特性35

3.4　局域化输运和量子隧穿40

参考文献41

第4章　纳米材料的基本效应43

4.1　量子尺寸效应43

4.2　小尺寸效应44

4.3　表面效应45

4.4　宏观量子隧道效应47

4.5　介电限域效应48

参考文献49

第5章　纳米材料的物理特性51

5.1　纳米材料的热学性能51

5.2　纳米微粒的磁学性质52

5.2.1　磁畴结构52

5.2.2　超顺磁性53

5.2.3　矫顽力55

5.2.4　居里温度56

5.2.5　磁化率57

5.3　纳米微粒的光谱特性58

5.3.1　宽频带强吸收58

5.3.2　蓝移和红移现象59

5.3.3　量子限域效应61

5.3.4　纳米微粒的发光62

参考文献63

第6章　胶体中纳米微粒的物理和化学特性65

6.1　胶体和微粒65

6.2　溶胶中纳米微粒的运动性质67

6.2.1　扩散67

6.2.2　布朗运动68

6.2.3　沉降70

6.3　溶胶的光学性质75

6.4　溶胶的电学性质81

6.4.1 电动现象81

6.4.2　质点表面电荷85

6.4.3　胶团结构及表面电位86

参考文献87

第7章　纳米微粒的化学特性89

7.1 吸附89

7.1.1　非电解质的吸附89

7.1.2　电解质吸附90

7.2　纳米微粒的分散与团聚92

7.2.1　分散92

7.2.2　微粒的团聚93

7.3　纳米微粒的表面活性和催化作用94

7.4　光催化性能96

参考文献101

第8章　纳米材料的表征和测量103

8.1　电子显微镜和显微结构分析103

8.1.1　透射电子显微镜（TEM）104

8.1.2　扫描电子显微镜（SEM）106

8.1.3　扫描隧道显微镜（SPM）107

8.1.4　原子力显微镜（AFM）111

8.2　纳米颗粒的表征和测量114

8.2.1　颗粒的粒径和分布114

8.2.2　粒径测试方法116

8.3　颗粒表面及团聚体的表征及表面分析120

8.3.1　比表面积（BET）法121

8.3.2　压汞法122

8.3.3　团聚系数法和瓶颈数法124

8.3.4　素坯密度-压力法125

8.3.5　表面能谱分析126

8.4　化学组成和晶态分析128

8.4.1　化学分析法128

8.4.2　特征X射线分析法129

8.4.3　原子光谱分析法130

8.4.4　质谱法131

8.4.5　中子活化分析132

8.4.6　晶态的表征132

8.5　振动光谱技术133

8.5.1　分子的振动光谱133

8.5.2　红外光谱135

8.5.3　拉曼光谱137

8.4.4　紫外-可见吸收光谱138

参考文献140

第9章　纳米材料在电子学方面的应用141

9.1　引言141

9.2　量子电子器件143

9.2.1 高电子迁移率三极管145

9.2.2　量子干涉晶体管147

9.2.3　单电子晶体管（SETS）147

9.2.4　碳纳米管三极管149

9.2.5　DNA模板组装和在电子学中的应用150

9.3　量子信息和量子计算机150

9.3.1　量子计算机与经典计算机的区别151

9.3.2　量子计算机的工作原理153

9.4　量子计算机的样机156

参考文献157

第10章　纳米材料在磁学方面的应用159

10.1　引言159

10.2　磁性材料在生物、医药领域的应用161

10.2.1　磁靶向制剂162

10.2.2　固定化酶163

10.2.3　磁流体热疗和磁控血管内磁性微球栓塞164

10.2.4　生物分离和提纯166

10.3　在磁记录中的应用168

10.3.1　磁性记录与读写168

10.3.2　量子磁盘与高密度磁存储169

10.4　在材料分离技术上的应用170

10.4.1　化工分离170

10.4.2　催化剂分离171

10.4.3　矿物分离171

10.5　在巨磁电阻中的应用172

10.6　纳米微晶软磁材料及应用173

10.7　纳米磁流体及应用174

10.8　在其他领域的应用176

参考文献177

第11章　纳米材料在光学方面的应用179

11.1　引言179

11.2.2　光的透射181

11.2　纳米材料中的一些基本光学现象181

11.2.1　光的反射181

11.2.3　光的折射182

11.2.4　光的偏振182

11.2.5　辐射185

11.3　光和纳米结构的相互作用185

11.3.1　光子捕获和等离子体激元186

11.3.2　介电常数和极化对光学特性的影响186

11.3.3　纳米孔洞和光子188

11.4　新型纳米光学成像188

11.5.1　减反射纳米薄膜191

11.5.2　热反射薄膜191

11.5　光学调制和太阳能吸收板191

11.5.3　纳米结构聚合物193

11.6　光子技术194

11.6.1　光子晶体，表面光波导和光路控制194

11.6.2　光子存储和光电脑195

参考文献196

第12章 纳米材料在生物医药及生命科学领域的应用197

12.1　引言197

12.2　纳米生物医用材料198

12.2.1　纳米颗粒和固体生物材料198

12.2.2　纳米生物薄膜201

12.2.3　纳米复合生物材料203

12.3.1　药物载体204

12.3　药物和基因输送的纳米载体204

12.3.2　输送基因的纳米载体207

12.3.3　导向药物209

12.4　纳米药物输送、控释系统210

12.4.1　纳米药物输送、控释系统的特点210

12.4.2　纳米药物给药系统的发展趋势211

12.5　纳米生物传感器212

12.5.1　纳米生物传感元212

12.5.2　纳米生物传感器件214

12.6　纳米仿生学和纳米机器人215

参考文献216

13.1　引言217

第13章　纳米材料在能源化工方面的应用217

13.2　纳米催化218

13.2.1　一般工业催化218

13.2.2　石油化工催化223

13.2.3　燃料（固体推进剂）催化225

13.3　储能227

13.3.1　储氢227

13.3.2　碳纳米管储氢228

13.4　蓄热及能源转换231

13.4.1　蓄热技术和纳米蓄热材料231

13.4.2　硅太阳能电池234

13.5　保温节能237

参考文献241

第14章　纳米材料在环保化工方面的应用243

14.1 引言243

14.2　抗菌材料244

14.2.1　纳米Ag抗杀菌材料245

14.2.2　纳米TiO2抗杀菌材料247

14.3　功能涂料250

14.3.1　纳米抗老化环保复合涂料251

14.3.2　抗菌防污纳米复合涂料254

14.3.3　抗干扰及电磁屏蔽涂料256

14.4　纳米材料在其他降污染方面的应用257

14.4.1　有害气体治理257

14.4.2　废水处理260

14.4.3　阻声降噪262

参考文献264

第15章　纳米微加工技术267

15.1　纳米操作工具267

15.1.1　纳米操纵器267

15.1.2　原子操纵器268

15.2　纳米加工技术269

15.2.1　光刻技术269

15.2.2　电子束刻蚀技术271

15.2.3　分子束外延271

15.3 自组装技术273

参考文献275