具体描述
纳米结构和纳米材料：合成、性能及应用（第二版），ISBN：9787040326246，作者：（美）曹国忠，（美）王颖 著，董星龙 译
《宇宙的低语：行星诞生与演化之谜》 这是一部深入探索宇宙宏大叙事的科普巨著，它将带领读者穿越时空的界限，一窥行星从混沌中诞生，并在亿万年的漫长岁月中经历千变万化的壮丽史诗。本书并非陈述枯燥的理论，而是以生动详实的笔触，揭示隐藏在浩瀚星辰间的深层奥秘。 星际尘埃的舞蹈，行星的孕育之初： 故事始于恒星的摇篮——巨大而冰冷的分子云。本书将细致描绘这些星际气体和尘埃是如何在引力的召唤下，开始聚集、旋转，并最终坍缩形成原恒星。随后，围绕着年轻恒星的炽热盘面——原行星盘，将是行星诞生的主要舞台。读者将了解到，盘中的微小尘埃颗粒如何通过碰撞、吸积，如同雪球越滚越大，逐渐形成毫米级、厘米级、米级的“星子”。这一过程充满了不确定性与随机性，每一次微小的碰撞都可能改变行星未来的命运。我们将深入探讨不同类型原行星盘的特性，以及它们如何影响所孕育行星的成分和结构。 行星的快速成长与分化： 当星子增长到足够大的尺寸时，其自身的引力将变得至关重要，它们开始以更快的速度吞噬周围的物质，逐渐成长为行星胚胎，乃至最终的行星。本书将详细阐述“巨型撞击假说”，解释月球是如何在一次灾难性的撞击中从地球分离出来的，以及这类事件对早期行星形成的重要性。在行星内部，剧烈的放射性衰变和撞击释放的能量将导致行星熔化，形成一个熔融的星球。在这个阶段，密度较大的物质（如铁、镍）会沉向中心，形成行星的核心，而较轻的物质则漂浮在表面，形成地幔和地壳。这种行星内部的化学分异，是理解行星地质活动和磁场形成的关键。 大气层：行星的保护罩与生命摇篮： 行星大气层的形成与演化，是行星能否孕育生命的关键因素之一。本书将追溯早期行星大气层的来源，包括火山活动释放的气体，以及彗星和小行星带来的挥发性物质。读者将了解不同行星大气层的化学成分，以及它们如何随着时间的推移而发生变化。例如，地球大气层中氧气的产生，正是生命活动的直接证据。本书还将探讨大气层对行星表面温度的影响，如温室效应，以及其在调节行星气候中的作用。 地质活动的脉搏：板块构造与火山的秘密： 行星的地质活动，如同其跳动的脉搏，塑造着行星的地表形态。本书将重点介绍地球的板块构造理论，解释地壳是如何分裂成巨大的板块，并在地幔上缓慢漂移的。板块的碰撞、分离和俯冲，引发了地震、火山爆发，并创造了高耸的山脉和深邃的海沟。对于其他行星，本书也将探讨是否存在类似的内部地质活动，例如火星上巨大的火山和干涸的河床，以及它们背后可能的地质过程。磁场的存在，更是行星抵御宇宙射线侵蚀、保护大气层的重要屏障，本书将解析行星磁场的生成机制。 液态水的追寻：生命的曙光： 水，是目前已知孕育生命不可或缺的要素。本书将带领读者踏上寻找地外液态水的征途，从地球上的深海热泉，到火星上曾经存在的古老河道，再到木卫二和土卫二冰封海洋的猜想。我们将深入分析这些潜在的水源地所处的环境条件，以及它们是否存在生命存在的可能性。从简单的化学反应到复杂的有机分子形成，本书将探讨生命起源的各种理论假说。 行星的晚年：风化、侵蚀与生命的印记： 随着时间的推移，行星的地质活动会逐渐减弱，风化和侵蚀成为塑造地表的主要力量。本书将描绘风、水、冰如何缓慢地雕刻着行星的表面，留下独特的地理景观。对于地球而言，生命本身也成为了塑造地表的重要力量，例如，生物圈的活动改变了地表成分，并对大气层产生了深远影响。本书还将探讨行星演化过程中可能遇到的极端事件，如小行星撞击，以及它们对行星环境和生命演化的影响。 宇宙中的行星多样性： 通过对太阳系内行星的深入剖析，本书将进一步拓展视野，审视系外行星的多样性。从巨大的气态巨行星到微小的岩石行星，从炙热的熔岩世界到冰冷的死亡之星，行星的存在形式远超我们的想象。本书将介绍最新的系外行星探测技术和发现，以及科学家们如何通过分析这些遥远世界的光谱信息，推断它们的成分、温度和大气组成。我们将探讨“宜居带”的概念，以及搜寻与地球相似的“类地行星”的意义。 《宇宙的低语》是一次关于宇宙、关于我们家园的深刻思考。它不仅是科学知识的梳理，更是一种对生命存在意义的追问。通过理解行星的诞生与演化，我们得以更好地认识宇宙的浩瀚与自身的渺小，并激发起对未知世界的无尽好奇与探索精神。这是一本适合所有对星辰大海充满向往、渴望揭开宇宙奥秘的读者的引路之书。
作者简介
作者曹国忠为美国华盛顿大学的教授，译者董星龙为大连理工大学的教授
目录信息
目 录
1 绪论 …………………………………………………………………………… １
１.１ 引言 ……………………………………………………………………… １
１.２ 纳米技术的产生…………………………………………………………… ３
１.３ “自下而上” 法和 “自上而下” 法……………………………………… ６
１.４ 纳米技术的挑战…………………………………………………………… ９
１.５ 本书概况 ………………………………………………………………… ９
参考文献 ……………………………………………………………………… １１
2 固态表面的物理化学 ……………………………………………………… １３
２.１ 引言 ……………………………………………………………………… １３
２.２ 表面能 …………………………………………………………………… １５
２.３ 化学势与表面曲率 ……………………………………………………… ２１
２.４ 静电稳定化 ……………………………………………………………… ２５
２.４.１ 表面电荷密度 ………………………………………………………… ２５
２.４.２ 固态表面附近电势 …………………………………………………… ２７
２.４.３ 范德瓦耳斯吸引势 …………………………………………………… ２８
２.４.４ 两粒子间相互作用： ＤＬＶＯ 理论 ……………………………………… ３０
２.５ 空间稳定化 ……………………………………………………………… ３３
２.５.１ 溶剂和聚合物 ………………………………………………………… ３４
２.５.２ 聚合物层间相互作用 ………………………………………………… ３５
２.５.３ 空间和静电复合相互作用 ……………………………………………… ３７
２.６ 总结 ……………………………………………………………………… ３８
参考文献 ……………………………………………………………………… ３８
3 零维纳米结构： 纳米粒子 ………………………………………………… ４１
３.１ 引言 ……………………………………………………………………… ４１
３.２ 均匀成核形成纳米粒子 ………………………………………………… ４２
３.２.１ 均匀成核基础 ………………………………………………………… ４３
３.２.２ 晶核的后续生长 ……………………………………………………… ４６
３.２.２.１ 扩散控制的生长 ………………………………………………… ４７
３.２.２.２ 表面过程控制的生长……………………………………………… ４７Ⅱ
３.２.３ 金属纳米粒子的合成 ………………………………………………… ５０
３.２.３.１ 还原剂的影响 …………………………………………………… ５３
３.２.３.２ 其他因素的影响 ………………………………………………… ５５
３.２.３.３ 聚合物稳定剂的影响……………………………………………… ５６
３.２.４ 半导体纳米粒子的合成………………………………………………… ６２
３.２.５ 氧化物纳米粒子的合成………………………………………………… ６７
３.２.５.１ 溶胶 －凝胶法 …………………………………………………… ６８
３.２.５.２ 强制水解 ………………………………………………………… ７０
３.２.５.３ 离子的控制释放 ………………………………………………… ７１
３.２.６ 气相反应 ……………………………………………………………… ７３
３.２.７ 固态相分离 …………………………………………………………… ７４
３.３ 非均匀成核形成纳米粒子 ……………………………………………… ７６
３.３.１ 非均匀成核基础 ……………………………………………………… ７６
３.３.２ 纳米粒子合成 ………………………………………………………… ７８
３.４ 纳米粒子的动力学限域合成 …………………………………………… ７９
３.４.１ 胶束或微乳液中合成 ………………………………………………… ８０
３.４.２ 气溶胶合成 …………………………………………………………… ８１
３.４.３ 生长终止 ……………………………………………………………… ８２
３.４.４ 雾化热解 ……………………………………………………………… ８２
３.４.５ 模板合成 ……………………………………………………………… ８３
３.５ 外延核 －壳纳米粒子 …………………………………………………… ８３
３.６ 总结 ……………………………………………………………………… ８６
参考文献 ……………………………………………………………………… ８６
4 一维纳米结构： 纳米线和纳米棒 ………………………………………… ９５
４.１ 引言 ……………………………………………………………………… ９５
４.２ 自发生长 ………………………………………………………………… ９７
４.２.１ 蒸发（溶解） －冷凝生长 ……………………………………………… ９７
４.２.１.１ 蒸发（溶解） －冷凝生长基本原理 ………………………………… ９７
４.２.１.２ 蒸发 －冷凝生长 ………………………………………………… １０２
４.２.１.３ 溶解 －冷凝生长 ………………………………………………… １０６
４.２.２ 气相（或溶液） －液相 －固相（ＶＬＳ 或 ＳＬＳ）生长………………………… １０９
４.２.２.１ ＶＬＳ 和 ＳＬＳ 生长的基本原理 ……………………………………… １０９
４.２.２.２ 不同纳米线的 ＶＬＳ 生长 ………………………………………… １１２
４.２.２.３ 纳米线尺寸的控制 ……………………………………………… １１４
４.２.２.４ 前驱体和催化剂 ………………………………………………… １１８Ⅲ
４.２.２.５ 溶液 －液态 －固态生长 ………………………………………… １１９
４.２.３ 应力诱导再结晶 ……………………………………………………… １２１
４.３ 基于模板合成 …………………………………………………………… １２１
４.３.１ 电化学沉积…………………………………………………………… １２２
４.３.２ 电泳沉积 …………………………………………………………… １２８
４.３.３ 模板填充 …………………………………………………………… １３４
４.３.３.１ 胶态分散体填充 ………………………………………………… １３５
４.３.３.２ 熔融和溶液填充 ………………………………………………… １３７
４.３.３.３ 化学气相沉积 …………………………………………………… １３７
４.３.３.４ 离心沉积………………………………………………………… １３７
４.３.４ 通过化学反应转换 …………………………………………………… １３８
４.４ 静电纺丝………………………………………………………………… １４１
４.５ 光刻……………………………………………………………………… １４４
４.６ 总结……………………………………………………………………… １４６
参考文献 ……………………………………………………………………… １４６
5 二维纳米结构： 薄膜 ……………………………………………………… １５５
５.１ 引言……………………………………………………………………… １５５
５.２ 薄膜生长的基本原理 …………………………………………………… １５６
５.３ 真空科学………………………………………………………………… １６０
５.４ 物理气相沉积（ＰＶＤ） …………………………………………………… １６２
５.４.１ 蒸发 ………………………………………………………………… １６２
５.４.２ 分子束外延生长（ＭＢＥ） ……………………………………………… １６４
５.４.３ 溅射 ………………………………………………………………… １６５
５.４.４ 蒸发和溅射的比较 …………………………………………………… １６６
５.５ 化学气相沉积（ＣＶＤ） …………………………………………………… １６７
５.５.１ 典型的化学反应 ……………………………………………………… １６７
５.５.２ 反应动力学…………………………………………………………… １６９
５.５.３ 输运现象 …………………………………………………………… １６９
５.５.４ ＣＶＤ 方法 …………………………………………………………… １７１
５.５.５ ＣＶＤ 法制备金刚石薄膜 ……………………………………………… １７３
５.６ 原子层沉积……………………………………………………………… １７５
５.７ 超晶格…………………………………………………………………… １７９
５.８ 自组装…………………………………………………………………… １８１
５.８.１ 有机硅单分子层或硅烷衍生物………………………………………… １８２
５.８.２ 烷基硫醇和硫化物的单分子层………………………………………… １８４Ⅳ
５.８.３ 羧酸、 胺、 乙醇的单分子层 ………………………………………… １８６
５.９ 朗缪尔 －布洛杰特薄膜 ………………………………………………… １８７
５.１０ 电化学沉积 …………………………………………………………… １９０
５.１１ 溶胶 －凝胶薄膜 ……………………………………………………… １９２
５.１２ 总结 …………………………………………………………………… １９５
参考文献 ……………………………………………………………………… １９５
6 特殊纳米材料 ……………………………………………………………… ２０３
６.１ 引言……………………………………………………………………… ２０３
６.２ 碳富勒烯和纳米管 ……………………………………………………… ２０４
６.２.１ 碳富勒烯 …………………………………………………………… ２０４
６.２.２ 富勒烯衍生晶体 ……………………………………………………… ２０５
６.２.３ 碳纳米管 …………………………………………………………… ２０５
６.３ 微孔和介孔材料 ………………………………………………………… ２１１
６.３.１ 有序介孔结构 ………………………………………………………… ２１１
６.３.２ 无序介孔结构 ………………………………………………………… ２１８
６.３.３ 晶态微孔材料： 沸石 ………………………………………………… ２２２
６.４ 核 －壳结构……………………………………………………………… ２２８
６.４.１ 金属 －氧化物结构 …………………………………………………… ２２９
６.４.２ 金属 －聚合物结构 …………………………………………………… ２３１
６.４.３ 氧化物 －聚合物纳米结构 …………………………………………… ２３１
６.５ 有机 －无机杂化物 ……………………………………………………… ２３３
６.５.１ 第一类杂化物 ………………………………………………………… ２３３
６.５.２ 第二类杂化物 ………………………………………………………… ２３４
６.６ 插层化合物……………………………………………………………… ２３５
６.７ 纳米复合材料和纳米晶材料 …………………………………………… ２３７
６.８ 反转蛋白石……………………………………………………………… ２３９
６.９ 生物诱导纳米材料 ……………………………………………………… ２４１
６.１０ 总结 …………………………………………………………………… ２４２
参考文献 ……………………………………………………………………… ２４２
7 物理法制备纳米结构 ……………………………………………………… ２５５
７.１ 引言……………………………………………………………………… ２５５
７.２ 刻蚀……………………………………………………………………… ２５６
７.２.１ 光刻 ………………………………………………………………… ２５７
７.２.２ 相移光刻 …………………………………………………………… ２５９
７.２.３ 电子束光刻…………………………………………………………… ２６０Ⅴ
７.２.４ Ｘ 射线光刻…………………………………………………………… ２６２
７.２.５ 聚焦离子束（ＦＩＢ）光刻 ……………………………………………… ２６３
７.２.６ 中性原子束光刻 ……………………………………………………… ２６６
７.３ 纳米操纵和纳米光刻 …………………………………………………… ２６７
７.３.１ 扫描隧道显微镜（ＳＴＭ） ……………………………………………… ２６７
７.３.２ 原子力显微镜（ＡＦＭ） ………………………………………………… ２６９
７.３.３ 近场扫描光学显微镜（ＮＳＯＭ） ………………………………………… ２７０
７.３.４ 纳米操纵 …………………………………………………………… ２７１
７.３.５ 纳米光刻 …………………………………………………………… ２７５
７.４ 软光刻…………………………………………………………………… ２７９
７.４.１ 微接触印刷…………………………………………………………… ２８０
７.４.２ 模塑 ………………………………………………………………… ２８１
７.４.３ 纳米压印 …………………………………………………………… ２８２
７.４.４ 蘸笔纳米光刻 ………………………………………………………… ２８３
７.５ 纳米粒子及纳米线的组装 ……………………………………………… ２８４
７.５.１ 毛细管力 …………………………………………………………… ２８４
７.５.２ 弥散相互作用 ………………………………………………………… ２８７
７.５.３ 剪切力辅助组装 ……………………………………………………… ２８７
７.５.４ 电场辅助组装 ………………………………………………………… ２８７
７.５.５ 共价键连接组装 ……………………………………………………… ２８８
７.５.６ 重力场辅助组装 ……………………………………………………… ２８８
７.５.７ 模板 －辅助组装 ……………………………………………………… ２８８
７.６ 其他微制造方法 ………………………………………………………… ２８９
７.７ 总结……………………………………………………………………… ２９０
参考文献 ……………………………………………………………………… ２９０
8 纳米材料的表征和性能 …………………………………………………… ２９９
８.１ 引言……………………………………………………………………… ２９９
８.２ 结构表征………………………………………………………………… ３００
８.２.１ Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ） …………………………………………………… ３００
８.２.２ 小角度 Ｘ 射线散射（ＳＡＸＳ） …………………………………………… ３０１
８.２.３ 扫描电子显微镜（ＳＥＭ） ……………………………………………… ３０３
８.２.４ 透射电子显微镜（ＴＥＭ） ……………………………………………… ３０７
８.２.５ 扫描探针显微镜（ＳＰＭ） ……………………………………………… ３０８
８.２.６ 气体吸附 …………………………………………………………… ３１１
８.３ 化学表征 ……………………………………………………………… ３１２Ⅵ
８.３.１ 光谱 ………………………………………………………………… ３１２
８.３.２ 电子谱 ……………………………………………………………… ３１５
８.３.３ 离子谱 ……………………………………………………………… ３１６
８.４ 纳米材料的物理性能 …………………………………………………… ３１８
８.４.１ 熔点和晶格常数 ……………………………………………………… ３１８
８.４.２ 力学性能 …………………………………………………………… ３２２
８.４.３ 光学性能 …………………………………………………………… ３２４
８.４.３.１ 表面等离子共振 ………………………………………………… ３２４
８.４.３.２ 量子尺寸效应 …………………………………………………… ３２９
８.４.４ 电导 ………………………………………………………………… ３３１
８.４.４.１ 表面散射………………………………………………………… ３３２
８.４.４.２ 电子结构的变化 ………………………………………………… ３３５
８.４.４.３ 量子输运………………………………………………………… ３３５
８.４.４.４ 微结构效应 ……………………………………………………… ３３７
８.４.５ 铁电体和电介质 ……………………………………………………… ３３８
８.４.６ 超顺磁性 …………………………………………………………… ３４１
８.５ 总结 …………………………………………………………………… ３４３
参考文献 ……………………………………………………………………… ３４３
9 纳米材料的应用 …………………………………………………………… ３５３
９.１ 引言……………………………………………………………………… ３５３
９.２ 分子电子学和纳米电子学 ……………………………………………… ３５４
９.３ 纳米机器人……………………………………………………………… ３５５
９.４ 纳米粒子的生物应用 …………………………………………………… ３５６
９.５ 金纳米粒子催化剂 ……………………………………………………… ３５８
９.６ 带隙工程量子器件 ……………………………………………………… ３５９
９.６.１ 量子阱器件…………………………………………………………… ３５９
９.６.２ 量子点器件…………………………………………………………… ３６０
９.７ 纳米力学 ……………………………………………………………… ３６２
９.８ 碳纳米管发射器 ………………………………………………………… ３６３
９.９ 纳米材料的能源应用 …………………………………………………… ３６５
９.９.１ 光电化学电池 ………………………………………………………… ３６５
９.９.２ 锂离子充电电池 ……………………………………………………… ３６７
９.９.３ 储氢 ………………………………………………………………… ３７０
９.９.４ 热电器件 …………………………………………………………… ３７２
９.１０ 纳米材料的环境应用 ………………………………………………… ３７４Ⅶ
９.１１ 光子晶体和等离子波导 ……………………………………………… ３７５
９.１１.１ 光子晶体 …………………………………………………………… ３７５
９.１１.２ 等离子波导 ………………………………………………………… ３７７
９.１２ 总结 …………………………………………………………………… ３７７
参考文献 ……………………………………………………………………… ３７８
附录……………………………………………………………………………… ３８９
附录 １ 元素周期表 ………………………………………………………… ３８９
附录 ２ 国际单位 …………………………………………………………… ３９０
附录 ３ 基本物理常数 ……………………………………………………… ３９０
附录 ４ １４ 种三维晶格类型 ………………………………………………… ３９１
附录 ５ 电磁波谱 …………………………………………………………… ３９２
附录 ６ 希腊字母表 ………………………………………………………… ３９２
索引……………………………………………………………………………… ３９４
中文版后记 ……………………………………………………………………… ４０６
作者和译者简介 ………………………………………………………………… ４０８
· · · · · · (收起)
1 绪论 …………………………………………………………………………… １
１.１ 引言 ……………………………………………………………………… １
１.２ 纳米技术的产生…………………………………………………………… ３
１.３ “自下而上” 法和 “自上而下” 法……………………………………… ６
１.４ 纳米技术的挑战…………………………………………………………… ９
１.５ 本书概况 ………………………………………………………………… ９
参考文献 ……………………………………………………………………… １１
2 固态表面的物理化学 ……………………………………………………… １３
２.１ 引言 ……………………………………………………………………… １３
２.２ 表面能 …………………………………………………………………… １５
２.３ 化学势与表面曲率 ……………………………………………………… ２１
２.４ 静电稳定化 ……………………………………………………………… ２５
２.４.１ 表面电荷密度 ………………………………………………………… ２５
２.４.２ 固态表面附近电势 …………………………………………………… ２７
２.４.３ 范德瓦耳斯吸引势 …………………………………………………… ２８
２.４.４ 两粒子间相互作用： ＤＬＶＯ 理论 ……………………………………… ３０
２.５ 空间稳定化 ……………………………………………………………… ３３
２.５.１ 溶剂和聚合物 ………………………………………………………… ３４
２.５.２ 聚合物层间相互作用 ………………………………………………… ３５
２.５.３ 空间和静电复合相互作用 ……………………………………………… ３７
２.６ 总结 ……………………………………………………………………… ３８
参考文献 ……………………………………………………………………… ３８
3 零维纳米结构： 纳米粒子 ………………………………………………… ４１
３.１ 引言 ……………………………………………………………………… ４１
３.２ 均匀成核形成纳米粒子 ………………………………………………… ４２
３.２.１ 均匀成核基础 ………………………………………………………… ４３
３.２.２ 晶核的后续生长 ……………………………………………………… ４６
３.２.２.１ 扩散控制的生长 ………………………………………………… ４７
３.２.２.２ 表面过程控制的生长……………………………………………… ４７Ⅱ
３.２.３ 金属纳米粒子的合成 ………………………………………………… ５０
３.２.３.１ 还原剂的影响 …………………………………………………… ５３
３.２.３.２ 其他因素的影响 ………………………………………………… ５５
３.２.３.３ 聚合物稳定剂的影响……………………………………………… ５６
３.２.４ 半导体纳米粒子的合成………………………………………………… ６２
３.２.５ 氧化物纳米粒子的合成………………………………………………… ６７
３.２.５.１ 溶胶 －凝胶法 …………………………………………………… ６８
３.２.５.２ 强制水解 ………………………………………………………… ７０
３.２.５.３ 离子的控制释放 ………………………………………………… ７１
３.２.６ 气相反应 ……………………………………………………………… ７３
３.２.７ 固态相分离 …………………………………………………………… ７４
３.３ 非均匀成核形成纳米粒子 ……………………………………………… ７６
３.３.１ 非均匀成核基础 ……………………………………………………… ７６
３.３.２ 纳米粒子合成 ………………………………………………………… ７８
３.４ 纳米粒子的动力学限域合成 …………………………………………… ７９
３.４.１ 胶束或微乳液中合成 ………………………………………………… ８０
３.４.２ 气溶胶合成 …………………………………………………………… ８１
３.４.３ 生长终止 ……………………………………………………………… ８２
３.４.４ 雾化热解 ……………………………………………………………… ８２
３.４.５ 模板合成 ……………………………………………………………… ８３
３.５ 外延核 －壳纳米粒子 …………………………………………………… ８３
３.６ 总结 ……………………………………………………………………… ８６
参考文献 ……………………………………………………………………… ８６
4 一维纳米结构： 纳米线和纳米棒 ………………………………………… ９５
４.１ 引言 ……………………………………………………………………… ９５
４.２ 自发生长 ………………………………………………………………… ９７
４.２.１ 蒸发（溶解） －冷凝生长 ……………………………………………… ９７
４.２.１.１ 蒸发（溶解） －冷凝生长基本原理 ………………………………… ９７
４.２.１.２ 蒸发 －冷凝生长 ………………………………………………… １０２
４.２.１.３ 溶解 －冷凝生长 ………………………………………………… １０６
４.２.２ 气相（或溶液） －液相 －固相（ＶＬＳ 或 ＳＬＳ）生长………………………… １０９
４.２.２.１ ＶＬＳ 和 ＳＬＳ 生长的基本原理 ……………………………………… １０９
４.２.２.２ 不同纳米线的 ＶＬＳ 生长 ………………………………………… １１２
４.２.２.３ 纳米线尺寸的控制 ……………………………………………… １１４
４.２.２.４ 前驱体和催化剂 ………………………………………………… １１８Ⅲ
４.２.２.５ 溶液 －液态 －固态生长 ………………………………………… １１９
４.２.３ 应力诱导再结晶 ……………………………………………………… １２１
４.３ 基于模板合成 …………………………………………………………… １２１
４.３.１ 电化学沉积…………………………………………………………… １２２
４.３.２ 电泳沉积 …………………………………………………………… １２８
４.３.３ 模板填充 …………………………………………………………… １３４
４.３.３.１ 胶态分散体填充 ………………………………………………… １３５
４.３.３.２ 熔融和溶液填充 ………………………………………………… １３７
４.３.３.３ 化学气相沉积 …………………………………………………… １３７
４.３.３.４ 离心沉积………………………………………………………… １３７
４.３.４ 通过化学反应转换 …………………………………………………… １３８
４.４ 静电纺丝………………………………………………………………… １４１
４.５ 光刻……………………………………………………………………… １４４
４.６ 总结……………………………………………………………………… １４６
参考文献 ……………………………………………………………………… １４６
5 二维纳米结构： 薄膜 ……………………………………………………… １５５
５.１ 引言……………………………………………………………………… １５５
５.２ 薄膜生长的基本原理 …………………………………………………… １５６
５.３ 真空科学………………………………………………………………… １６０
５.４ 物理气相沉积（ＰＶＤ） …………………………………………………… １６２
５.４.１ 蒸发 ………………………………………………………………… １６２
５.４.２ 分子束外延生长（ＭＢＥ） ……………………………………………… １６４
５.４.３ 溅射 ………………………………………………………………… １６５
５.４.４ 蒸发和溅射的比较 …………………………………………………… １６６
５.５ 化学气相沉积（ＣＶＤ） …………………………………………………… １６７
５.５.１ 典型的化学反应 ……………………………………………………… １６７
５.５.２ 反应动力学…………………………………………………………… １６９
５.５.３ 输运现象 …………………………………………………………… １６９
５.５.４ ＣＶＤ 方法 …………………………………………………………… １７１
５.５.５ ＣＶＤ 法制备金刚石薄膜 ……………………………………………… １７３
５.６ 原子层沉积……………………………………………………………… １７５
５.７ 超晶格…………………………………………………………………… １７９
５.８ 自组装…………………………………………………………………… １８１
５.８.１ 有机硅单分子层或硅烷衍生物………………………………………… １８２
５.８.２ 烷基硫醇和硫化物的单分子层………………………………………… １８４Ⅳ
５.８.３ 羧酸、 胺、 乙醇的单分子层 ………………………………………… １８６
５.９ 朗缪尔 －布洛杰特薄膜 ………………………………………………… １８７
５.１０ 电化学沉积 …………………………………………………………… １９０
５.１１ 溶胶 －凝胶薄膜 ……………………………………………………… １９２
５.１２ 总结 …………………………………………………………………… １９５
参考文献 ……………………………………………………………………… １９５
6 特殊纳米材料 ……………………………………………………………… ２０３
６.１ 引言……………………………………………………………………… ２０３
６.２ 碳富勒烯和纳米管 ……………………………………………………… ２０４
６.２.１ 碳富勒烯 …………………………………………………………… ２０４
６.２.２ 富勒烯衍生晶体 ……………………………………………………… ２０５
６.２.３ 碳纳米管 …………………………………………………………… ２０５
６.３ 微孔和介孔材料 ………………………………………………………… ２１１
６.３.１ 有序介孔结构 ………………………………………………………… ２１１
６.３.２ 无序介孔结构 ………………………………………………………… ２１８
６.３.３ 晶态微孔材料： 沸石 ………………………………………………… ２２２
６.４ 核 －壳结构……………………………………………………………… ２２８
６.４.１ 金属 －氧化物结构 …………………………………………………… ２２９
６.４.２ 金属 －聚合物结构 …………………………………………………… ２３１
６.４.３ 氧化物 －聚合物纳米结构 …………………………………………… ２３１
６.５ 有机 －无机杂化物 ……………………………………………………… ２３３
６.５.１ 第一类杂化物 ………………………………………………………… ２３３
６.５.２ 第二类杂化物 ………………………………………………………… ２３４
６.６ 插层化合物……………………………………………………………… ２３５
６.７ 纳米复合材料和纳米晶材料 …………………………………………… ２３７
６.８ 反转蛋白石……………………………………………………………… ２３９
６.９ 生物诱导纳米材料 ……………………………………………………… ２４１
６.１０ 总结 …………………………………………………………………… ２４２
参考文献 ……………………………………………………………………… ２４２
7 物理法制备纳米结构 ……………………………………………………… ２５５
７.１ 引言……………………………………………………………………… ２５５
７.２ 刻蚀……………………………………………………………………… ２５６
７.２.１ 光刻 ………………………………………………………………… ２５７
７.２.２ 相移光刻 …………………………………………………………… ２５９
７.２.３ 电子束光刻…………………………………………………………… ２６０Ⅴ
７.２.４ Ｘ 射线光刻…………………………………………………………… ２６２
７.２.５ 聚焦离子束（ＦＩＢ）光刻 ……………………………………………… ２６３
７.２.６ 中性原子束光刻 ……………………………………………………… ２６６
７.３ 纳米操纵和纳米光刻 …………………………………………………… ２６７
７.３.１ 扫描隧道显微镜（ＳＴＭ） ……………………………………………… ２６７
７.３.２ 原子力显微镜（ＡＦＭ） ………………………………………………… ２６９
７.３.３ 近场扫描光学显微镜（ＮＳＯＭ） ………………………………………… ２７０
７.３.４ 纳米操纵 …………………………………………………………… ２７１
７.３.５ 纳米光刻 …………………………………………………………… ２７５
７.４ 软光刻…………………………………………………………………… ２７９
７.４.１ 微接触印刷…………………………………………………………… ２８０
７.４.２ 模塑 ………………………………………………………………… ２８１
７.４.３ 纳米压印 …………………………………………………………… ２８２
７.４.４ 蘸笔纳米光刻 ………………………………………………………… ２８３
７.５ 纳米粒子及纳米线的组装 ……………………………………………… ２８４
７.５.１ 毛细管力 …………………………………………………………… ２８４
７.５.２ 弥散相互作用 ………………………………………………………… ２８７
７.５.３ 剪切力辅助组装 ……………………………………………………… ２８７
７.５.４ 电场辅助组装 ………………………………………………………… ２８７
７.５.５ 共价键连接组装 ……………………………………………………… ２８８
７.５.６ 重力场辅助组装 ……………………………………………………… ２８８
７.５.７ 模板 －辅助组装 ……………………………………………………… ２８８
７.６ 其他微制造方法 ………………………………………………………… ２８９
７.７ 总结……………………………………………………………………… ２９０
参考文献 ……………………………………………………………………… ２９０
8 纳米材料的表征和性能 …………………………………………………… ２９９
８.１ 引言……………………………………………………………………… ２９９
８.２ 结构表征………………………………………………………………… ３００
８.２.１ Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ） …………………………………………………… ３００
８.２.２ 小角度 Ｘ 射线散射（ＳＡＸＳ） …………………………………………… ３０１
８.２.３ 扫描电子显微镜（ＳＥＭ） ……………………………………………… ３０３
８.２.４ 透射电子显微镜（ＴＥＭ） ……………………………………………… ３０７
８.２.５ 扫描探针显微镜（ＳＰＭ） ……………………………………………… ３０８
８.２.６ 气体吸附 …………………………………………………………… ３１１
８.３ 化学表征 ……………………………………………………………… ３１２Ⅵ
８.３.１ 光谱 ………………………………………………………………… ３１２
８.３.２ 电子谱 ……………………………………………………………… ３１５
８.３.３ 离子谱 ……………………………………………………………… ３１６
８.４ 纳米材料的物理性能 …………………………………………………… ３１８
８.４.１ 熔点和晶格常数 ……………………………………………………… ３１８
８.４.２ 力学性能 …………………………………………………………… ３２２
８.４.３ 光学性能 …………………………………………………………… ３２４
８.４.３.１ 表面等离子共振 ………………………………………………… ３２４
８.４.３.２ 量子尺寸效应 …………………………………………………… ３２９
８.４.４ 电导 ………………………………………………………………… ３３１
８.４.４.１ 表面散射………………………………………………………… ３３２
８.４.４.２ 电子结构的变化 ………………………………………………… ３３５
８.４.４.３ 量子输运………………………………………………………… ３３５
８.４.４.４ 微结构效应 ……………………………………………………… ３３７
８.４.５ 铁电体和电介质 ……………………………………………………… ３３８
８.４.６ 超顺磁性 …………………………………………………………… ３４１
８.５ 总结 …………………………………………………………………… ３４３
参考文献 ……………………………………………………………………… ３４３
9 纳米材料的应用 …………………………………………………………… ３５３
９.１ 引言……………………………………………………………………… ３５３
９.２ 分子电子学和纳米电子学 ……………………………………………… ３５４
９.３ 纳米机器人……………………………………………………………… ３５５
９.４ 纳米粒子的生物应用 …………………………………………………… ３５６
９.５ 金纳米粒子催化剂 ……………………………………………………… ３５８
９.６ 带隙工程量子器件 ……………………………………………………… ３５９
９.６.１ 量子阱器件…………………………………………………………… ３５９
９.６.２ 量子点器件…………………………………………………………… ３６０
９.７ 纳米力学 ……………………………………………………………… ３６２
９.８ 碳纳米管发射器 ………………………………………………………… ３６３
９.９ 纳米材料的能源应用 …………………………………………………… ３６５
９.９.１ 光电化学电池 ………………………………………………………… ３６５
９.９.２ 锂离子充电电池 ……………………………………………………… ３６７
９.９.３ 储氢 ………………………………………………………………… ３７０
９.９.４ 热电器件 …………………………………………………………… ３７２
９.１０ 纳米材料的环境应用 ………………………………………………… ３７４Ⅶ
９.１１ 光子晶体和等离子波导 ……………………………………………… ３７５
９.１１.１ 光子晶体 …………………………………………………………… ３７５
９.１１.２ 等离子波导 ………………………………………………………… ３７７
９.１２ 总结 …………………………………………………………………… ３７７
参考文献 ……………………………………………………………………… ３７８
附录……………………………………………………………………………… ３８９
附录 １ 元素周期表 ………………………………………………………… ３８９
附录 ２ 国际单位 …………………………………………………………… ３９０
附录 ３ 基本物理常数 ……………………………………………………… ３９０
附录 ４ １４ 种三维晶格类型 ………………………………………………… ３９１
附录 ５ 电磁波谱 …………………………………………………………… ３９２
附录 ６ 希腊字母表 ………………………………………………………… ３９２
索引……………………………………………………………………………… ３９４
中文版后记 ……………………………………………………………………… ４０６
作者和译者简介 ………………………………………………………………… ４０８
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
说实话，我对这次购买的体验是带着一丝怀疑的，因为市面上很多号称“前沿”的科技书籍，内容往往停留在十年前的水平。然而，这本**《计算流体力学基础及其应用》**彻底颠覆了我的看法。这本书的重点显然放在了CFD（计算流体力学）的数值方法上，对有限体积法、有限元法、以及各种离散化格式（包括对流项的迎风格式和中心差分格式的稳定性分析）的阐述，细致到每一个数值通量项的构造过程。作者没有停留在公式的罗列，而是深入剖析了不同算法在处理复杂边界条件和高雷诺数流动时的优缺点和收敛性问题。我特别喜欢它对湍流模型（如RANS方程、LES和DNS）的对比介绍，不仅有理论推导，还配上了大量的实际工程算例结果图，比如机翼绕流和管道湍流脉动。这本书的难度不低，需要读者具备扎实的微积分和微分方程基础，但对于想从事航空航天、汽车设计或能源领域数值模拟的研究生和工程师来说，这本书简直是教科书级别的范本，它真正教会你如何“计算”流体，而不是仅仅停留在“描述”流体。
这本书的装帧设计非常朴实，甚至有些老派，看起来就像是上世纪八十年代出版的专业书籍，但内容却展现出极强的生命力，这本**《有机合成反应机理详解》**是化学合成领域不可多得的佳作。它几乎涵盖了所有主流的有机反应类型，但其核心价值在于对“为什么”的深度挖掘。每一个反应，比如Diels-Alder反应、不对称催化氢化或是C-H键活化，作者都详尽地剖析了过渡态的能量差异、立体电子效应的影响，以及如何通过实验设计来验证特定的机理路径。书中大量的插图并非简单的分子结构图，而是精心绘制的反应势能面图和轨道相互作用示意图，这对于理解反应的选择性和速率至关重要。我过去在做复杂分子全合成时遇到的很多瓶颈，在这本书的指导下找到了清晰的解释。它不是一本简单罗列反应条件的手册，而是一本关于如何“设计”反应的宝典，对于研究生和致力于药物研发的化学家来说，其指导意义无可替代。
这本书的装帧实在是太精美了，拿到手里沉甸甸的，那种厚实的纸张和清晰的印刷，一看就知道是下了血本的。我本来以为这会是一本枯燥的教科书，但翻开目录才发现，它涵盖了**《半导体器件物理》**的方方面面，从PN结的理论基础到复杂的MOSFET工作原理，讲解得深入浅出，图文并茂。尤其是关于载流子输运机制的章节，作者用了很多形象的比喻来解释那些抽象的物理概念，让我这个初学者也能很快抓住重点。我尤其欣赏其中对新一代存储器技术——比如MRAM和ReRAM——的介绍，内容紧跟前沿，数据和图表都非常可靠。要说缺点嘛，可能对于完全没有电子学背景的人来说，开篇的拉普拉斯方程和泊松方程推导会稍微有点门槛，但只要能啃下来，后面的内容就会豁然开朗。总之，这是一本绝对值得收藏和反复研读的专业参考书，对于所有想系统学习微电子学和集成电路设计的人来说，都是一座宝库。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一位资深工程师手把手地在为你构建整个半导体世界的蓝图。
我最近迷上了探索宇宙的奥秘，所以特意找了这本**《广义相对论导论》**来看，希望能在通俗易懂和严谨性之间找到一个平衡点。这本书的表现远超我的预期。作者似乎非常擅长将爱因斯坦场方程这样令人望而生畏的数学工具，通过几何化的语言和巧妙的例子来呈现。它从黎曼几何的基础讲起，逐步引入弯曲时空的概念，对测地线方程的推导清晰流畅。更吸引人的是，它对黑洞物理的讨论非常精彩，从史瓦西解到克尔解的物理图像的构建，再到引力波的探测原理，讲解得层层递进，充满了哲学思辨的味道。虽然它是一本入门读物，但其深度足以让有一定物理背景的读者感到满足，它成功地激发了我对宇宙学前沿问题的探索欲望。读完之后，我不再只是被动地接受“引力是时空弯曲”这个结论，而是开始真正理解其背后的数学结构和物理内涵。这本书对于想要跨入现代物理学殿堂的爱好者和本科生来说，是一扇极好的入门之门。
我一直试图寻找一本能够全面梳理**《数据库系统概念与设计》**的书籍，市面上很多要么过于偏重SQL应用，要么就是陷入理论的海洋无法自拔。幸运的是，这本书找到了一个极佳的平衡点。它从数据模型（实体关系模型、对象模型）的抽象构建开始，详细讲解了关系代数和元组演算的严谨性，然后自然地过渡到SQL语言的实际应用，但重点放在了查询优化器的工作原理上，这一点非常出色。书中关于B树、B+树索引结构，以及事务的ACID特性和并发控制协议（如两阶段锁定、时间戳排序）的讲解，逻辑严密，配图清晰地展示了内部的数据结构变化。最让我印象深刻的是它对NoSQL数据库（如键值存储、文档数据库）的最新发展趋势的概述，提供了广阔的视野，而不是局限于传统的关系模型。这本书的知识体系完整，既能让你掌握基础理论的深度，又不脱离现代工业界对高性能数据存储和管理的需求，是构建扎实数据库知识体系的绝佳读物。
纳米征程上的第一本完整著作。这本书对非材料专业出身的化学/化工类人员还算友好，不知以后是否会有纳米工程师的职业人员出现？ 减少表面能的若干机制 均匀成核及晶核的生长机理 V/S-L-S生长的基本机理 LB膜的制备 纳米材料的物理性能及应用
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纳米材料基础
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