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| 內容簡介： |
本书为“十二五”普通高等教育本科*规划教材。
为使学生更好地掌握纳米材料的基本概念及基础知识，增强学生跨文化进行专业交流的能力，亦为学生以后阅读专业文献、撰写科研论文做铺垫，本书以中英双语的形式呈现；每章均以英文部分开篇，随后附有专业词汇的音标及释义，然后是对英文部分的中文翻译，以方便学生理解。全书共分为八章，第1章主要介绍了纳米材料的基本概念及分类，纳米科技的研究进展及*成果。第2章为纳米效应的相关概念。第3章是关于纳米材料的力学、热学、磁学及光学性能。第4章重点介绍了“自上而下”和“自下而上”纳米材料的制备方法以及纳米材料的自组装。第5章对纳米材料的表征及纳米制造的常用仪器——扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基本原理及操作模式进行了简述。第6章是碳纳米材料的合成。第7章为纳米制造的光刻技术。第8章主要论述纳米技术用于太阳能制氢的新能源研究。
本书可作为高等院校材料类、化学类、化工类、环境类、能源类、电子类等专业的本科生和研究生教材，亦可供相关专业工程技术人员、科研人员参考。
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| 關於作者： |
张耀君，西安建筑科技大学材料科学与工程学院，教授，研究领域：从事于纳米材料的制备与表征；工业催化；有机合成；氢能与新能源的基础性研究工作。
科研成果：就纳米材料及新能源领域的研究，在国内国际刊物发表学术论文上百篇。在纳米材料的科研及教学中具有较深厚的学术积淀。
教学经历：主讲，纳米材料基础，有机化学，无机材料工艺学，工业催化等本科生及研究生的课程。
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| 目錄：
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1.IntroductiontoNanoscaleMaterials1
1.1Introductiontothenanoworld1
1.2Definitionofnanoscalematerials1
1.2.1Nanometer1
1.2.2Definitionofnanoscalematerials2
1.3Classificationofnanoscalematerials3
1.3.1Accordingtothespatialdimensionofmaterials3
1.3.2Accordingtothequantumpropertiesofmaterials4
1.3.3Accordingtomaterialproperties12
1.3.4Accordingtotheshapeandchemicalcomposition12
1.4Nanoscalescienceandtechnology17
1.5Drivenbyindustrialrevolution17
1.6Fundamentallimitationsofpresenttechnologies18
1.7Molecularelectronics18
1.8Technicalchallengesinfuture18
1.9Applicationsofnanomaterials20
1.9.1Waterpurification20
1.9.2Nanocatalysts20
1.9.3Nanosensors20
1.9.4Energy21
1.9.5Medicalapplications21
References23
Reviewquestions25
Vocabulary25
1.纳米材料概论31
1.1纳米世界概述31
1.2纳米材料的定义31
1.2.1纳米31
1.2.2纳米材料的定义31
1.3纳米材料的分类32
1.3.1依据材料的空间维度分类32
1.3.2依据材料的量子性质分类32
1.3.3依据材料的性能分类37
1.3.4依据形态和化学组成分类37
1.4纳米科学与技术38
1.5工业革命的驱动39
1.6目前技术的基础性缺陷39
1.7分子电子学40
1.8未来的技术挑战40
1.9纳米材料的应用40
1.9.1水的净化41
1.9.2纳米催化剂41
1.9.3纳米传感器41
1.9.4能源41
1.9.5医药中的应用41
复习题43
2.NanometerEffectsofNanoscaleMaterials44
2.1Smallsizeeffect44
2.2Quantumsizeeffect45
2.2.1Relationshipbetweenenergygapandparticlesize45
2.2.2Application46
2.3Surfaceeffect47
2.4Macroscopicquantumtunneleffect48
2.4.1Ballistictransport48
2.4.2Tunneling48
2.4.3Resonancetunneling49
2.4.4Inelastictunneling50
2.4.5Tunneleffect50
2.4.6Macroscopicquantumtunneleffect50
References51
Reviewquestions51
Vocabulary52
2.纳米材料的纳米效应52
2.1小尺寸效应53
2.2量子尺寸效应53
2.2.1能隙与粒子尺寸的关系53
2.2.2应用54
2.3表面效应54
2.4宏观量子隧道效应55
2.4.1弹道传输55
2.4.2隧穿55
2.4.3共振隧穿55
2.4.4非弹性隧穿55
2.4.5隧道效应56
2.4.6宏观量子隧道效应56
复习题56
3.PropertiesofNanoscaleMaterials57
3.1Mechanicalproperties57
3.1.1PositiveHall-Petchslopes57
3.1.2NegativeHall-Petchslopes57
3.1.3PositiveandnegativeHall-Petchslopes58
3.2Thermalproperties59
3.3Magneticproperties59
3.4Electronicproperties60
3.5Opticalproperties62
3.5.1Photochemicalandphotophysicalprocessesofnanomaterials62
3.5.2Absorptionandluminescencespectra63
3.5.3Ultraviolet-visibleabsorptionspectroscopy63
References64
Reviewquestions65
Vocabulary65
3.纳米材料的性能66
3.1力学性能66
3.1.1正的Hall-Petch斜率关系67
3.1.2负的Hall-Petch斜率关系67
3.1.3正-负Hall-Petch斜率关系67
3.2热学性能67
3.3磁学性能68
3.4电学性能68
3.5光学性能69
3.5.1纳米材料的光化学和光物理过程69
3.5.2吸收光谱和发光光谱69
3.5.3紫外-可见吸收光谱70
复习题70
4.SynthesisofNanoscaleMaterials71
4.1“Top-down”and“bottom-up”approaches71
4.2Solidphasemethod72
4.2.1Mechanicallymilling72
4.2.2Solid-statereaction74
4.3PhysicalvapordepositionPVDmethod75
4.3.1ThermalevaporationPVDmethod75
4.3.2Plasma-assistedPVDmethod77
4.3.3Laserablation80
4.4ChemicalvapordepositionCVDmethod80
4.5Liquidphasesynthesismethod82
4.5.1Precipitationmethod82
4.5.2Solvethermalmethod84
4.5.3Freeze-dryingmethodCryochemicalsynthesismethod88
4.5.4Sol-gelmethod90
4.5.5Microemulsionsmethod93
4.5.6Microwave-assistedsynthesis96
4.5.7Ultrasonicwave-assistedsynthesis97
4.6Synthesisofbulkmaterialsbyconsolidationofnanopowders98
4.6.1Coldcompaction98
4.6.2Warmcompaction98
4.7Template-assistedself-assemblynanostructuredmaterials99
4.7.1Principlesofself-assembly99
4.7.2Self-assemblyofMCM-41100
4.8Self-assemblyofnanocrystals101
4.9Synthesisandassemblyofanisotropicnanoparticles102
4.9.1Anisotropicnanoparticleswithfeaturesize102
4.9.2Rod-likeparticles102
4.9.3PreparationofvariousshapedPtnanoparticles104
4.9.4PreparationofvariousshapedRhnanoparticles105
4.10SynthesisofpolymericonedimensionalnanostructuresODNS106
4.10.1ElectrospinningsynthesisofpolymerODNS106
4.10.2Membranetemplate-basedsynthesisofpolymerODNS109
4.10.3Template-freesynthesisofpolymerODNS110
4.11Greennanosynthesis111
4.11.1Preventwastes111
4.11.2Atomeconomy112
4.11.3Usingsafersolvents112
4.11.4Enhanceenergyefficiency112
References112
Reviewquestions117
Vocabulary118
4.纳米材料制备123
4.1“自上而下”和“自下而上”的合成方法123
4.2固相方法124
4.2.1机械磨124
4.2.2固相反应124
4.3物理气相沉积法（PVD）125
4.3.1热蒸发PVD法125
4.3.2等离子体辅助PVD法126
4.3.3激光消融法127
4.4化学气相沉积法（CVD）127
4.5液相合成方法128
4.5.1沉淀法128
4.5.2溶剂热法129
4.5.3冷冻干燥法（低温化学合成法）131
4.5.4溶胶-凝胶法132
4.5.5微乳液方法133
4.5.6微波辅助合成135
4.5.7超声波辅助合成135
4.6通过固化纳米粉合成块材136
4.6.1冷压136
4.6.2热压136
4.7模板辅助自组装纳米结构材料136
4.7.1自组装原理136
4.7.2MCM-41自组装137
4.8自组装纳米晶137
4.9各向异性纳米粒子的合成和组装137
4.9.1具有特征尺寸的各向异性纳米粒子137
4.9.2棒状粒子138
4.9.3各种形貌Pt纳米粒子的制备138
4.9.4制备各种形貌的铑（Rh）纳米粒子139
4.10一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成139
4.10.1电纺丝法合成一维纳米结构（ODNS）聚合物140
4.10.2基于膜或基于模板的一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成141
4.10.3无模板剂的一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成141
4.11绿色纳米合成142
4.11.1防止废弃物142
4.11.2原子经济143
4.11.3使用更安全的溶剂143
4.11.4提高能源效率143
复习题143
5.ScanningTunnelingMicroscopeandAtomicForceMicroscope144
5.1ScanningtunnelingmicroscopeSTM144
5.1.1BasicprincipleofSTM144
5.1.2Operationmodes145
5.1.3ApplicationofSTM145
5.2AtomicforcemicroscopeAFM146
5.2.1BasicprincipleofAFM146
5.2.2ModeofoperationofAFM147
5.2.3ApplicationofAFM148
References149
Reviewquestions150
Vocabulary150
5.扫描隧道显微镜和原子力显微镜151
5.1扫描隧道显微镜（STM）151
5.1.1STM的基本原理151
5.1.2操作模式151
5.1.3STM的应用151
5.2原子力显微镜（AFM）152
5.2.1AFM的基本原理152
5.2.2AFM的操作模式152
5.2.3AFM的应用153
复习题153
6.SynthesisofCarbonNanomaterials154
6.1Carbonfamily154
6.1.1Graphiteanddiamond154
6.1.2Allotropeofcarbon154
6.2Fullerenes155
6.2.1SynthesisofC60155
6.2.2Purificationoffullerenes157
6.2.3StructureofC60158
6.2.413Cnuclearmagneticresonancespectroscopy158
6.2.5Endofullerenes159
6.2.6Nucleophilicadditionreactions160
6.2.7PolymerizationofC60160
6.2.8Fabricationofnanocar161
6.3Carbonnanotubes[45]162
6.3.1Synthesisofnanotubes162
6.3.2Growingmechanisms166
6.3.3Geometryofcarbonnanotubes167
6.4Graphene169
6.4.1Propertiesofgraphene169
6.4.2Synthesisofgaphene170
References176
Reviewquestions179
Vocabulary180
6.碳纳米材料的合成182
6.1碳族182
6.1.1石墨和金刚石182
6.1.2碳的同素异形体182
6.2富勒烯182
6.2.1C60的合成183
6.2.2富勒烯的提纯183
6.2.3C60的结构183
6.2.413C核磁共振谱184
6.2.5富勒烯包合物184
6.2.6亲核加成反应184
6.2.7C60的聚合反应184
6.2.8纳米车的制造184
6.3碳纳米管184
6.3.1碳纳米管的合成184
6.3.2生长机理185
6.3.3碳纳米管的几何构型186
6.4石墨烯186
6.4.1石墨烯的性质187
6.4.2石墨烯的合成187
复习题190
7.LithographyforNanofabrication191
7.1Microfabricationbyphotolithographyofultravioletlight191
7.2Nanofabricationbyscanningbeamlithography194
7.2.1Electronbeamlithography194
7.2.2Focusedionbeamlithography194
7.3Nanoimprintlithography195
7.3.1Nanoimprintlithography195
7.3.2Step-and-flashimprintlithography196
7.3.3Microcontactprinting196
7.4Scanningprobelithography197
References199
Reviewquestions200
Vocabulary201
7.光刻技术用于纳米制造202
7.1紫外线光刻微制造202
7.2扫描束刻蚀纳制造203
7.2.1电子束刻蚀203
7.2.2聚焦离子束刻蚀204
7.3纳米压印刻蚀技术204
7.3.1纳米压印刻蚀204
7.3.2步进式闪烁压印光刻204
7.3.3微接触印制205
7.4扫描探针刻蚀205
复习题206
8.NanotechnologyforProductionofHydrogenbySolarEnergy207
8.1Hydrogeneconomy207
8.2Hydrogenproduction208
8.3Conversionofsolarenergy209
8.4Hydrogenproductionbyphotocatalyticwatersplitting210
8.5LoadingmetaloverTiO2210
8.6Developmentofvisible-light-drivenphotocatalysts211
8.6.1LoadingCr3+overtitanatenanotubes211
8.6.2Semiconductorcomposition212
References216
Reviewquestions217
Vocabulary217
8.纳米技术用于太阳能制氢218
8.1氢能经济219
8.2产氢219
8.3太阳能转换219
8.4光催化分解水制氢220
8.5TiO2上负载金属220
8.6可见光驱动的光催化剂的发展220
8.6.1在钛酸盐纳米管上负载Cr3+220
8.6.2半导体复合材料221
复习题222
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| 內容試閱：
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前言
本书第一版于2011年正式出版发行后，多所院校选其作为教材，这是我们和出版社都始料未及的。为不辜负读者的厚爱，每次重印时，我们均尽自己最大可能进一步提升本书的质量，但限于版面问题，每次都是“小修小补”。值本书入选“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材之际，再加上纳米科技的发展也亟需更新、补充部分内容，所以推出了第二版。
本次再版延续了第一版由浅入深、循序渐进、注重基础、关注前沿的特色；全书内容新颖、简明扼要、知识系统、重点突出，在强化基础知识、基本理论的同时，侧重纳米科技的研究进展及最新成果，体现了基本理论与生产实际相结合的教育理念。
本次再版第1章增加了零维、一维、二维及三维系统中电子的运动行为，从理论上阐明了自由电子模型、能量与态密度之间的关系；细化了纳米结构的分类以及纳米结构中各符号的含义；增加了纳米材料在医疗，尤其是再生疗法中的应用。第4章增加了超临界水热合成、喷雾冷冻干燥技术、各向异性纳米粒子的合成和组装、一维纳米结构聚合物的合成。第6章增加了石墨烯的性能与制备。第8章增加了氢能经济的内容。
本书承蒙李聚源教授审阅，提出了许多宝贵的修改意见；王亚超、刘礼才、康乐、柴倩、杨梦阳、张力、张科等在翻译及生词列表等工作中给予了诸多帮助；化学工业出版社的编辑对本书的修订给予了大力支持；在此一并表示衷心的感谢。
限于作者水平，书中疏漏和不妥之处，敬请同行及读者批评指正。
编著者
2015年3月20日于西安
第一版前言
作为纳米科技基石的尺度在1～100nm范围内的纳米材料，因其独特的纳米效应，近年来已成为全球高新科技炙手可热的研究领域之一。纳米材料是一门涉及知识面广的新的交叉学科，新概念、新理论、新技术及新方法层出不穷。纳米科技充满着原始创新的机遇与挑战，尤其是纳米科技正在将微制造推向纳制造与纳加工的前沿，各种产品正从微尺度向纳尺度悄然转变，新材料、新产品呼之欲出，这将对信息产业、能源、环境检测、生命科学、军事、材料的生产与加工带来一场革命性的变革。因此，了解纳米科技的发展动态，加强对纳米材料的基本概念和基础知识的学习，掌握纳米材料的特性、制备原理及研究方法就显得十分重要。
本书是在作者多年来为本科生及研究生开设的“纳米材料基础”双语教学讲义的基础上，进行不断的修改、补充及完善后撰写而成的。在编写过程中，作者查阅了大量的国内外相关的文献资料，阅读了诸多的教材及专著，结合本研究小组的科研成果，以纳米材料的基本概念、纳米效应、纳米材料制备、表征、纳米制造以及纳米技术在新能源中的应用为主线，力图条理清楚、结构严谨地将基本概念及基础知识奉献给读者。本书具有以下特色。
①为了将纳米材料的基础知识学习与阅读外文资料及提升科研能力相融合，双语编著是本书的特色之一。
②为适应初学者学习，本书由浅入深，循序渐进，着力强化教材的基础性和系统性。
③本书内容新颖，简明扼要，知识系统，重点突出，在强化基础知识、基本理论的同时，注重纳米科技的研究进展及最新成果介绍，体现基本理论与研究实践相结合的特色。
④为了使读者能对自己感兴趣的内容进一步自学，书中对重要的概念、图表、实例等引注了出处，便于查阅导读；另外，为了便于阅读及掌握章节中的重点内容，每章后附有词汇、复习题及相关章节的译文。
本书共八章，第1章主要介绍了纳米材料的基本概念及分类，纳米科技的研究进展及最新成果。第2章涉及纳米效应的相关概念。第3章是关于纳米材料的力学、热学、磁学、电学及光学性能。第4章重点介绍了“自上而下”和“自下而上”的纳米材料的制备方法以及纳米材料的自组装。第5章对纳米材料的表征及纳米制造的常用仪器——扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基本原理及操作模式进行了简述。第6章是碳纳米材料的制备及纳米车的雏形。第7章涉及纳米制造的光刻技术。第8章主要论述纳米技术用于太阳能制氢的新能源研究。
在编写过程中，作者阅读了大量的相关文献资料，从中获得了许多前瞻性的珍贵信息，向本书中引用的文献作者表示深深的谢意。化学工业出版社对本书的出版提供了大力的支持，在此一并表示衷心的感谢。
鉴于作者水平有限，编写时间仓促，本书中、英文疏漏和不足之处在所难免，敬请同行和读者批评指正。
编著者
2010年10月于西安
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