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目录1

第1章 导论1

第2章 合成自组装材料：原理和应用6

2.1 微观和宏观的相互作用6

2.1.1 分子间的相互作用能6

2.1.2 宏观相互作用能8

2.1.3 氢键、疏水作用和亲水作用9

2.2 表面活性剂和亲水性分子10

2.3 从分散状态到凝聚状态的转变：自组装的开始11

2.4 堆积几何：获得所需的自组装结构14

2.4.1 表面活性剂浓度的影响16

2.4.2 链长的影响16

2.4.3 共溶剂的影响16

2.4.4 盐和离子的影响17

2.5 自组装嵌段共聚物纳米结构17

2.6 液晶结构和无机材料的自组装19

2.6.1 阳离子表面活性剂和阴离子硅酸盐的相互作用22

2.6.2 其他表面活性剂、聚合物和陶瓷间的相互作用24

2.7.1 分子识别26

2.7 智能纳米材料26

2.7.2 响应性纳米材料34

参考文献39

第3章 自然界中纳米材料47

3.1 生物纳米材料中的多尺度有序和功能47

3.2 天然纳米材料的层次有序性48

3.2.1 生物世界中的基本“建筑材料”——蛋白质48

3.2.2 骨组织中的层次结构49

3.2.3 贝壳——复合矿物质51

3.3.1 对力学性能的贡献52

3.3 生物纳米材料中有机相的多功能性52

3.3.2 无机矿物质的分子直接自组装56

3.3.3 传感、制动和响应58

参考文献66

第4章 纳米晶体的自组装69

4.1 纳米晶体69

4.2 多面体纳米晶体的形状70

4.2.1 类立方体纳米晶体71

4.2.2 四面体纳米晶体72

4.2.3 八面体和平截八面体纳米晶体72

4.2.4 孪晶和堆垛层错73

4.2.5 多孪二十面体、十面体粒子74

4.2.6 类棒状纳米晶体的晶面形状76

4.2.7 表面缺陷77

4.2.8 纳米晶体的表面重构78

4.2.9 超微粒子和幻数79

4.3 纳米晶体的自组装81

4.3.1 表面钝化82

4.4 粒子的溶液相自组装84

4.3.2 粒子间的键合84

4.4.1 金属纳米晶体85

4.4.2 半导体纳米晶体86

4.4.3 金属磁性纳米晶体88

4.4.4 氧化物纳米晶体89

4.5 自组装技术91

4.5.1 单分散纳米晶体的尺寸选择91

4.5.2 具有固定尺寸／相的纳米粒子的组装92

4.5.3 纳米晶体自组装的生长机理92

4.6 自组装纳米晶体的性能94

4.7.1 纳米孔道阵列辅助自组装97

4.7 模板辅助自组装97

4.7.2 自组装的自然结构98

4.7.3 碳纳米管阵列的催化辅助生长98

4.7.4 QDs的应力驱动自组装99

4.8 小结100

参考文献100

第5章 纳米结构的表征106

5.1 X射线衍射106

5.1.1 自组装晶体学106

5.1.2 纳米晶体的结构107

5.2 扫描探针显微镜109

5.3 扫描电子显微镜111

5.4 透射电子显微镜114

5.4.1 像的形成114

5.4.2 衬度机理115

5.4.3 纳米晶体的形状117

5.4.4 自组装结晶学119

5.4.5 形状可控纳米晶体的自组装120

5.4.6 自组装的缺陷125

5.4.7 自组装结构的化学成像132

5.4.8 原位结构转变135

5.5 小结137

参考文献137

第6章 利用刻蚀技术制作纳米结构140

6.1 制作技术和纳米刻蚀140

6.2 X射线、电子束和离子束刻蚀技术141

6.2.1 X射线刻蚀技术142

6.2.2 电子束和离子束刻蚀技术142

6.3 纳米粒子的刻蚀技术143

6.4.1 分辨率和纳米制作146

6.4 扫描探针刻蚀技术146

6.4.2 以STM为基础的纳米刻蚀技术148

6.4.3 以AFM为基础的纳米刻蚀技术150

6.5 小结153

参考文献154

第7章 纳米结构的化学和光化学反应159

7.1 纳米材料的氧化还原电位159

7.1.1 量子尺寸限域效应159

7.1.2 表面效应160

7.1.3 光效应160

7.2.1 光化学反应161

7.2 光化学和化学反应161

7.2.2 无光化学反应162

7.3 光电化学反应163

7.4 光催化作用和环境方面的应用164

7.4.1 小无机物分子164

7.4.2 大有机分子165

7.4.3 水污染控制165

7.4.4 控制空气污染167

7.5 分子识别和表面特殊相互作用167

参考文献171

第8章 半导体纳米材料的光、电及动力学性质180

8.1 在低维体系中的能级和态密度180

8.1.1 能级180

8.1.2 态密度181

8.2 电子结构和电学性质182

8.2.1 纳米材料的电子结构182

8.2.2 电子-声子相互作用183

8.3 半导体纳米材料的光学性质184

8.3.1 吸收：直接和间接跃迁184

8.3.2 发射：光致发光和电致发光189

8.3.3 非线性光学性质192

8.3.4 单粒子波谱194

8.4 光学性质的应用197

8.4.1 激光器和发光二极管197

8.4.2 光伏打太阳能电池198

8.4.3 滤光器：光子带隙材料199

8.4.4 其他应用199

8.5 半导体纳米粒子的载流子动力学201

8.5.1 谱线宽度和电子退相201

8.5.3 电荷载流子俘获202

8.5.2 电荷载流子弛豫202

8.5.4 电子-空穴复合203

8.5.5 电荷转移209

参考文献213

第9章 金属纳米材料的光学、电学和动力学性质230

9.1 金属纳米粒子和组装体的静态吸收性质230

9.2 金属粒子发光234

9.3 表面增强拉曼散射235

9.4 谱线宽度和电子退相235

9.5 电子弛豫动力学236

9.6 电子-声子的相互作用237

9.7 金属纳米粒子的单一粒子波谱学238

9.8 金属纳米粒子应用238

参考文献239

第10章 纳米粒子组装体的电化学性质243

10.1 引言243

10.2 经典库仑阶跃现象244

10.3 纳米粒子量子化电容充电……………………………………………24B10.3.1 单分子层保护纳米粒子的合成与分离246

10.3.2 纳米粒子量子化电容充电行为250

10.3.3 纳米粒子的自组装单分子层257

10.3.4 纳米粒子量子化电容充电行为的溶剂效应258

10.3.5 整流充电行为的电压控制263

10.3.6 电子传递动力学264

10.4 纳米粒子的体相电化学272

10.4.1 固态电导率272

10.4.2 电活化功能基团273

10.5 结束语276

参考文献276

中英文词汇对照280