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第1章 概述1

1.1 引言1

1.1.1 什么是纳米1

1.1.2 什么是材料1

1.1.3 纳米材料的研究范围2

1.1.4 纳米材料的研究目的2

1.2 纳米材料的相关概念3

1.2.1 纳米材料3

1.2.2 纳米技术8

1.2.3 纳米科学技术9

1.3 纳米材料的发展历史9

1.3.1 自然界的纳米结构9

1.3.2 纳米科技概念的提出与发展10

1.3.3 国际纳米科技大事11

1.3.4 国际纳米科技成果12

1.4 纳米材料的研究意义16

1.4.1 纳米技术的研究热点17

1.4.2 纳米科技的应用17

1.4.3 我国纳米技术目前产业化状况19

1.4.4 发展纳米技术的重要科学意义21

第2章 纳米材料的制备22

2.1 纳米材料的制备方法分类22

2.2 零维量子点的制备方法23

2.2.1 湿化学合成方法23

2.2.2 外延生长23

2.2.3 SK生长模式24

2.3 纳米粉末的制备方法26

2.3.1 气相法26

2.3.2 液相法35

2.3.3 固相法42

2.4 一维纳米材料的制备方法46

2.4.1 一维硅、锗纳米材料47

2.4.2 一维金属纳米材料67

2.4.3 其他一维纳米材料的制备方法75

2.5 二维薄膜纳米材料的制备方法77

2.5.1 薄膜纳米材料制备的化学方法77

2.5.2 薄膜纳米材料制备的物理方法87

2.6 三维块体纳米材料的制备方法102

2.6.1 纳米陶瓷102

2.6.2 纳米晶金属块体材料111

2.6.3 块体金属基纳米复合材料114

2.6.4 钙钛石型纳米块体复合氧化物117

第3章 纳米材料的分析与表征120

3.1 电子显微镜与显微结构分析120

3.1.1 扫描电子显微镜（SEM）121

3.1.2 透射电子显微镜（TEM）128

3.2 扫描探针显微镜（SPM）142

3.2.1 扫描隧道显微镜（STM）144

3.2.2 原子力显微镜（AFM）154

3.3 X射线衍射分析（XRD）160

3.3.1 X射线衍射分析基础161

3.3.2 X射线衍射理论基础161

3.3.3 X射线衍射仪结构164

3.3.4 XRD样品的制备方法167

3.3.5 XRD在纳米材料中的应用168

3.4 光谱技术173

3.4.1 红外（IR）和拉曼（Raman）光谱174

3.4.2 光致发光（PL）光谱180

3.4.3 X射线光电子能谱（XPS）183

3.4.4 X射线精细结构吸收光谱（XAFS）188

3.4.5 俄歇电子能谱（AES）195

3.4.6 核磁共振（NMR）光谱203

3.4.7 电子自旋共振（ESR）光谱206

3.4.8 原子发射光谱（AES）及原子吸收光谱（AAS）207

3.4.9 穆斯堡尔谱（Mossbauer）208

3.5 纳米材料的粒度分析211

3.5.1 粒度分析方法211

3.5.2 粒度分析的样品制备214

3.5.3 粒度分析在纳米材料中的应用实例214

3.6 纳米材料的电学分析217

3.6.1 载流子浓度与迁移率218

3.6.2 场发射特性219

3.6.3 电子输运特性220

第4章 纳米材料的应用222

4.1 纳米材料在电子学方面的应用222

4.1.1 引言222

4.1.2 纳米电子器件概述223

4.1.3 纳米场效应晶体管226

4.1.4 纳米存储器237

4.1.5 纳米发电机238

4.1.6 量子点器件241

4.1.7 量子计算机243

4.1.8 谐振隧穿器件244

4.1.9 纳米有机电子器件244

4.1.10 其他应用247

4.2 纳米材料在磁学方面的应用249

4.2.1 磁记录介质250

4.2.2 磁性液体251

4.2.3 磁性药物252

4.2.4 吸波材料252

4.2.5 在巨磁电阻中的应用253

4.2.6 在材料分离中的应用253

4.3 纳米材料在传感器方面的应用255

4.3.1 在葡萄糖电化学传感器中的应用255

4.3.2 在免疫传感器中的应用256

4.3.3 硅纳米线在传感器中的应用257

4.4 纳米材料在生物医学领域的应用262

4.4.1 疾病诊断方面的应用262

4.4.2 疾病治疗方面的应用263

4.4.3 细胞分离264

4.4.4 细胞内部染色264

4.4.5 纳米材料在医药方面的应用265

4.4.6 纳米生物器件266

4.5 纳米材料在能源方面的应用270

4.5.1 在生物燃料电池中的应用270

4.5.2 在太阳能电池中的应用271

4.5.3 在超级电容器中的应用274

4.5.4 储能276

4.6 纳米材料在环境工程方面的应用277

4.6.1 纳米材料在大气污染治理方面的应用277

4.6.2 纳米材料在水污染治理方面的应用278

4.6.3 在其他环保领域的应用280

4.6.4 可能存在的负面效应280

4.7 纳米材料在化工方面的应用282

4.7.1 在催化方面的应用282

4.7.2 在涂料方面的应用283

4.7.3 在其他化工方面的应用283

4.8 纳米材料在航空航天方面的应用283

4.8.1 固体火箭推进剂284

4.8.2 增韧陶瓷结构材料284

4.8.3 纳米改性聚合物基复合材料284

4.8.4 红外敏感元件285

4.8.5 隐身材料285

4.8.6 耐烧蚀防热材料285

4.9 纳米材料在汽车上的应用286

4.9.1 应用于汽车车身和车架286

4.9.2 应用于汽车动力系统288

4.9.3 应用于悬架及制动系统290

4.9.4 应用于汽车轮胎290

4.9.5 在汽车尾气机外净化中的应用291

4.9.6 汽车纳米材料的安全问题291

4.10 纳米材料在建筑材料中的应用292

4.10.1 在建筑涂料中的应用292

4.10.2 在混凝土材料中的应用294

4.10.3 在陶瓷材料中的应用295

4.10.4 在其他材料中的应用296

4.11 纳米材料在纺织品、食品及其包装方面的应用296

4.11.1 在纺织品方面的应用296

4.11.2 在食品方面的应用207

4.11.3 在食品包装方面的应用298

4.12 纳米材料在其他方面的应用299

4.12.1 在农业上的应用299

4.12.2 在体育上的应用300

4.12.3 在木材工业上的应用301

4.12.4 在卷烟工业上的应用301

4.12.5 在舰船上的应用302

4.12.6 在油墨及纸张上的应用304

第5章 纳米材料的发展规划及前景306

5.1 世界纳米材料的研发战略及发展前景306

5.1.1 纳米材料的研发战略、投入及产出306

5.1.2 中国纳米材料及其科技发展规划308

5.1.3 美国纳米材料及其科技的发展310

5.1.4 日本纳米材料及其科技的发展315

5.1.5 欧洲共同体纳米材料及其科技的发展316

5.1.6 德国纳米材料及其科技的发展317

5.1.7 英国纳米材料及其科技的发展319

5.1.8 法国纳米材料及其科技的发展319

5.1.9 其他国家纳米材料及其科技的发展321

5.2 纳米材料的产业化前景322

5.2.1 纳米技术产业化蓄势待发322

5.2.2 纳米技术风险研究受到重视323

5.2.3 中国纳米材料产业化现状及前景323

参考文献329