目　　錄
1 緒論 …………………………………………………………………………… １
１.１　引言 ……………………………………………………………………… １
１.２　納米技術的産生…………………………………………………………… ３
１.３　 “自下而上” 法和 “自上而下” 法……………………………………… ６
１.４　納米技術的挑戰…………………………………………………………… ９
１.５　本書概況 ………………………………………………………………… ９
參考文獻 ……………………………………………………………………… １１
2 固態錶麵的物理化學 ……………………………………………………… １３
２.１　引言 ……………………………………………………………………… １３
２.２　錶麵能 …………………………………………………………………… １５
２.３　化學勢與錶麵麯率 ……………………………………………………… ２１
２.４　靜電穩定化 ……………………………………………………………… ２５
２.４.１　錶麵電荷密度 ………………………………………………………… ２５
２.４.２　固態錶麵附近電勢 …………………………………………………… ２７
２.４.３　範德瓦耳斯吸引勢 …………………………………………………… ２８
２.４.４　兩粒子間相互作用： ＤＬＶＯ 理論 ……………………………………… ３０
２.５　空間穩定化 ……………………………………………………………… ３３
２.５.１　溶劑和聚閤物 ………………………………………………………… ３４
２.５.２　聚閤物層間相互作用 ………………………………………………… ３５
２.５.３　空間和靜電復閤相互作用 ……………………………………………… ３７
２.６　總結 ……………………………………………………………………… ３８
參考文獻 ……………………………………………………………………… ３８
3 零維納米結構： 納米粒子 ………………………………………………… ４１
３.１　引言 ……………………………………………………………………… ４１
３.２　均勻成核形成納米粒子 ………………………………………………… ４２
３.２.１　均勻成核基礎 ………………………………………………………… ４３
３.２.２　晶核的後續生長 ……………………………………………………… ４６
３.２.２.１　擴散控製的生長 ………………………………………………… ４７
３.２.２.２　錶麵過程控製的生長……………………………………………… ４７Ⅱ
３.２.３　金屬納米粒子的閤成 ………………………………………………… ５０
３.２.３.１　還原劑的影響 …………………………………………………… ５３
３.２.３.２　其他因素的影響 ………………………………………………… ５５
３.２.３.３　聚閤物穩定劑的影響……………………………………………… ５６
３.２.４　半導體納米粒子的閤成………………………………………………… ６２
３.２.５　氧化物納米粒子的閤成………………………………………………… ６７
３.２.５.１　溶膠 －凝膠法 …………………………………………………… ６８
３.２.５.２　強製水解 ………………………………………………………… ７０
３.２.５.３　離子的控製釋放 ………………………………………………… ７１
３.２.６　氣相反應 ……………………………………………………………… ７３
３.２.７　固態相分離 …………………………………………………………… ７４
３.３　非均勻成核形成納米粒子 ……………………………………………… ７６
３.３.１　非均勻成核基礎 ……………………………………………………… ７６
３.３.２　納米粒子閤成 ………………………………………………………… ７８
３.４　納米粒子的動力學限域閤成 …………………………………………… ７９
３.４.１　膠束或微乳液中閤成 ………………………………………………… ８０
３.４.２　氣溶膠閤成 …………………………………………………………… ８１
３.４.３　生長終止 ……………………………………………………………… ８２
３.４.４　霧化熱解 ……………………………………………………………… ８２
３.４.５　模闆閤成 ……………………………………………………………… ８３
３.５　外延核 －殼納米粒子 …………………………………………………… ８３
３.６　總結 ……………………………………………………………………… ８６
參考文獻 ……………………………………………………………………… ８６
4 一維納米結構： 納米綫和納米棒 ………………………………………… ９５
４.１　引言 ……………………………………………………………………… ９５
４.２　自發生長 ………………………………………………………………… ９７
４.２.１　蒸發（溶解） －冷凝生長 ……………………………………………… ９７
４.２.１.１　蒸發（溶解） －冷凝生長基本原理 ………………………………… ９７
４.２.１.２　蒸發 －冷凝生長 ………………………………………………… １０２
４.２.１.３　溶解 －冷凝生長 ………………………………………………… １０６
４.２.２　氣相（或溶液） －液相 －固相（ＶＬＳ 或 ＳＬＳ）生長………………………… １０９
４.２.２.１　ＶＬＳ 和 ＳＬＳ 生長的基本原理 ……………………………………… １０９
４.２.２.２　不同納米綫的 ＶＬＳ 生長 ………………………………………… １１２
４.２.２.３　納米綫尺寸的控製 ……………………………………………… １１４
４.２.２.４　前驅體和催化劑 ………………………………………………… １１８Ⅲ
４.２.２.５　溶液 －液態 －固態生長 ………………………………………… １１９
４.２.３　應力誘導再結晶 ……………………………………………………… １２１
４.３　基於模闆閤成 …………………………………………………………… １２１
４.３.１　電化學沉積…………………………………………………………… １２２
４.３.２　電泳沉積 …………………………………………………………… １２８
４.３.３　模闆填充 …………………………………………………………… １３４
４.３.３.１　膠態分散體填充 ………………………………………………… １３５
４.３.３.２　熔融和溶液填充 ………………………………………………… １３７
４.３.３.３　化學氣相沉積 …………………………………………………… １３７
４.３.３.４　離心沉積………………………………………………………… １３７
４.３.４　通過化學反應轉換 …………………………………………………… １３８
４.４　靜電紡絲………………………………………………………………… １４１
４.５　光刻……………………………………………………………………… １４４
４.６　總結……………………………………………………………………… １４６
參考文獻 ……………………………………………………………………… １４６
5 二維納米結構： 薄膜 ……………………………………………………… １５５
５.１　引言……………………………………………………………………… １５５
５.２　薄膜生長的基本原理 …………………………………………………… １５６
５.３　真空科學………………………………………………………………… １６０
５.４　物理氣相沉積（ＰＶＤ） …………………………………………………… １６２
５.４.１　蒸發 ………………………………………………………………… １６２
５.４.２　分子束外延生長（ＭＢＥ） ……………………………………………… １６４
５.４.３　濺射 ………………………………………………………………… １６５
５.４.４　蒸發和濺射的比較 …………………………………………………… １６６
５.５　化學氣相沉積（ＣＶＤ） …………………………………………………… １６７
５.５.１　典型的化學反應 ……………………………………………………… １６７
５.５.２　反應動力學…………………………………………………………… １６９
５.５.３　輸運現象 …………………………………………………………… １６９
５.５.４　ＣＶＤ 方法 …………………………………………………………… １７１
５.５.５　ＣＶＤ 法製備金剛石薄膜 ……………………………………………… １７３
５.６　原子層沉積……………………………………………………………… １７５
５.７　超晶格…………………………………………………………………… １７９
５.８　自組裝…………………………………………………………………… １８１
５.８.１　有機矽單分子層或矽烷衍生物………………………………………… １８２
５.８.２　烷基硫醇和硫化物的單分子層………………………………………… １８４Ⅳ
５.８.３　羧酸、 胺、 乙醇的單分子層 ………………………………………… １８６
５.９　朗繆爾 －布洛傑特薄膜 ………………………………………………… １８７
５.１０　電化學沉積 …………………………………………………………… １９０
５.１１　溶膠 －凝膠薄膜 ……………………………………………………… １９２
５.１２　總結 …………………………………………………………………… １９５
參考文獻 ……………………………………………………………………… １９５
6 特殊納米材料 ……………………………………………………………… ２０３
６.１　引言……………………………………………………………………… ２０３
６.２　碳富勒烯和納米管 ……………………………………………………… ２０４
６.２.１　碳富勒烯 …………………………………………………………… ２０４
６.２.２　富勒烯衍生晶體 ……………………………………………………… ２０５
６.２.３　碳納米管 …………………………………………………………… ２０５
６.３　微孔和介孔材料 ………………………………………………………… ２１１
６.３.１　有序介孔結構 ………………………………………………………… ２１１
６.３.２　無序介孔結構 ………………………………………………………… ２１８
６.３.３　晶態微孔材料： 沸石 ………………………………………………… ２２２
６.４　核 －殼結構……………………………………………………………… ２２８
６.４.１　金屬 －氧化物結構 …………………………………………………… ２２９
６.４.２　金屬 －聚閤物結構 …………………………………………………… ２３１
６.４.３　氧化物 －聚閤物納米結構 …………………………………………… ２３１
６.５　有機 －無機雜化物 ……………………………………………………… ２３３
６.５.１　第一類雜化物 ………………………………………………………… ２３３
６.５.２　第二類雜化物 ………………………………………………………… ２３４
６.６　插層化閤物……………………………………………………………… ２３５
６.７　納米復閤材料和納米晶材料 …………………………………………… ２３７
６.８　反轉蛋白石……………………………………………………………… ２３９
６.９　生物誘導納米材料 ……………………………………………………… ２４１
６.１０　總結 …………………………………………………………………… ２４２
參考文獻 ……………………………………………………………………… ２４２
7 物理法製備納米結構 ……………………………………………………… ２５５
７.１　引言……………………………………………………………………… ２５５
７.２　刻蝕……………………………………………………………………… ２５６
７.２.１　光刻 ………………………………………………………………… ２５７
７.２.２　相移光刻 …………………………………………………………… ２５９
７.２.３　電子束光刻…………………………………………………………… ２６０Ⅴ
７.２.４　Ｘ 射綫光刻…………………………………………………………… ２６２
７.２.５　聚焦離子束（ＦＩＢ）光刻 ……………………………………………… ２６３
７.２.６　中性原子束光刻 ……………………………………………………… ２６６
７.３　納米操縱和納米光刻 …………………………………………………… ２６７
７.３.１　掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ） ……………………………………………… ２６７
７.３.２　原子力顯微鏡（ＡＦＭ） ………………………………………………… ２６９
７.３.３　近場掃描光學顯微鏡（ＮＳＯＭ） ………………………………………… ２７０
７.３.４　納米操縱 …………………………………………………………… ２７１
７.３.５　納米光刻 …………………………………………………………… ２７５
７.４　軟光刻…………………………………………………………………… ２７９
７.４.１　微接觸印刷…………………………………………………………… ２８０
７.４.２　模塑 ………………………………………………………………… ２８１
７.４.３　納米壓印 …………………………………………………………… ２８２
７.４.４　蘸筆納米光刻 ………………………………………………………… ２８３
７.５　納米粒子及納米綫的組裝 ……………………………………………… ２８４
７.５.１　毛細管力 …………………………………………………………… ２８４
７.５.２　彌散相互作用 ………………………………………………………… ２８７
７.５.３　剪切力輔助組裝 ……………………………………………………… ２８７
７.５.４　電場輔助組裝 ………………………………………………………… ２８７
７.５.５　共價鍵連接組裝 ……………………………………………………… ２８８
７.５.６　重力場輔助組裝 ……………………………………………………… ２８８
７.５.７　模闆 －輔助組裝 ……………………………………………………… ２８８
７.６　其他微製造方法 ………………………………………………………… ２８９
７.７　總結……………………………………………………………………… ２９０
參考文獻 ……………………………………………………………………… ２９０
8 納米材料的錶徵和性能 …………………………………………………… ２９９
８.１　引言……………………………………………………………………… ２９９
８.２　結構錶徵………………………………………………………………… ３００
８.２.１　Ｘ 射綫衍射（ＸＲＤ） …………………………………………………… ３００
８.２.２　小角度 Ｘ 射綫散射（ＳＡＸＳ） …………………………………………… ３０１
８.２.３　掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ） ……………………………………………… ３０３
８.２.４　透射電子顯微鏡（ＴＥＭ） ……………………………………………… ３０７
８.２.５　掃描探針顯微鏡（ＳＰＭ） ……………………………………………… ３０８
８.２.６　氣體吸附 …………………………………………………………… ３１１
８.３　化學錶徵 ……………………………………………………………… ３１２Ⅵ
８.３.１　光譜 ………………………………………………………………… ３１２
８.３.２　電子譜 ……………………………………………………………… ３１５
８.３.３　離子譜 ……………………………………………………………… ３１６
８.４　納米材料的物理性能 …………………………………………………… ３１８
８.４.１　熔點和晶格常數 ……………………………………………………… ３１８
８.４.２　力學性能 …………………………………………………………… ３２２
８.４.３　光學性能 …………………………………………………………… ３２４
８.４.３.１　錶麵等離子共振 ………………………………………………… ３２４
８.４.３.２　量子尺寸效應 …………………………………………………… ３２９
８.４.４　電導 ………………………………………………………………… ３３１
８.４.４.１　錶麵散射………………………………………………………… ３３２
８.４.４.２　電子結構的變化 ………………………………………………… ３３５
８.４.４.３　量子輸運………………………………………………………… ３３５
８.４.４.４　微結構效應 ……………………………………………………… ３３７
８.４.５　鐵電體和電介質 ……………………………………………………… ３３８
８.４.６　超順磁性 …………………………………………………………… ３４１
８.５　總結 …………………………………………………………………… ３４３
參考文獻 ……………………………………………………………………… ３４３
9 納米材料的應用 …………………………………………………………… ３５３
９.１　引言……………………………………………………………………… ３５３
９.２　分子電子學和納米電子學 ……………………………………………… ３５４
９.３　納米機器人……………………………………………………………… ３５５
９.４　納米粒子的生物應用 …………………………………………………… ３５６
９.５　金納米粒子催化劑 ……………………………………………………… ３５８
９.６　帶隙工程量子器件 ……………………………………………………… ３５９
９.６.１　量子阱器件…………………………………………………………… ３５９
９.６.２　量子點器件…………………………………………………………… ３６０
９.７　納米力學 ……………………………………………………………… ３６２
９.８　碳納米管發射器 ………………………………………………………… ３６３
９.９　納米材料的能源應用 …………………………………………………… ３６５
９.９.１　光電化學電池 ………………………………………………………… ３６５
９.９.２　鋰離子充電電池 ……………………………………………………… ３６７
９.９.３　儲氫 ………………………………………………………………… ３７０
９.９.４　熱電器件 …………………………………………………………… ３７２
９.１０　納米材料的環境應用 ………………………………………………… ３７４Ⅶ
９.１１　光子晶體和等離子波導 ……………………………………………… ３７５
９.１１.１　光子晶體 …………………………………………………………… ３７５
９.１１.２　等離子波導 ………………………………………………………… ３７７
９.１２　總結 …………………………………………………………………… ３７７
參考文獻 ……………………………………………………………………… ３７８
附錄……………………………………………………………………………… ３８９
附錄 １　元素周期錶 ………………………………………………………… ３８９
附錄 ２　國際單位 …………………………………………………………… ３９０
附錄 ３　基本物理常數 ……………………………………………………… ３９０
附錄 ４　１４ 種三維晶格類型 ………………………………………………… ３９１
附錄 ５　電磁波譜 …………………………………………………………… ３９２
附錄 ６　希臘字母錶 ………………………………………………………… ３９２
索引……………………………………………………………………………… ３９４
中文版後記 ……………………………………………………………………… ４０６
作者和譯者簡介 ………………………………………………………………… ４０８
· · · · · · (收起)