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第1章 纳米材料及其基本特性1

1.1 纳米简史1

1.2 纳米材料的特性3

1.2.1 纳米材料的完美定律3

1.2.2 纳米效应3

1.2.3 天然纳米效应6

1.3 纳米效应的物理原理7

1.3.1 电子能级的不连续性8

1.3.2 久保理论8

1.3.3 量子尺寸效应9

1.3.4 小尺寸效应10

1.3.5 表面效应12

1.3.6 介电限域效应12

参考文献13

第2章 纳米材料的检测与分析14

2.1 纳米材料粒径检测分析15

2.2 纳米材料电学性质检测与分析16

2.3 纳米材料磁学性质检测与分析17

2.4 纳米材料力学性质检测与分析18

2.5 纳米材料热学性质检测与分析19

2.6 纳米材料光学性质检测与分析21

2.7 扫描式探针显微术22

2.7.1 STM的工作原理23

2.7.2 STM的工作模式23

2.7.3 STM的应用——原子操纵术24

2.7.4 STM的优点25

2.8 原子力显微镜26

2.8.1 AFM的工作原理26

2.8.2 AFM扫描模式比较27

2.8.3 AFM应用举例28

参考文献28

第3章 碳纳米管30

3.1 碳的同素异形体及结构30

3.1.1 碳的同素异形体30

3.1.2 碳的同素异形体的结构30

3.1.3 单层石墨材料32

3.2 碳纳米管的种类和性质32

3.2.1 碳纳米管的种类32

3.2.2 碳纳米管的特性32

3.2.3 碳纳米管的电子结构35

3.3 碳纳米管的制备35

3.4 碳纳米管的应用37

3.4.1 碳纳米管与微电子学37

3.4.2 碳纳米管的其他应用48

参考文献50

第4章 半导体量子点52

4.1 半导体量子点的物理基础52

4.1.1 量子限域效应52

4.1.2 激子和发光54

4.1.3 激子结合能计算56

4.2 半导体量子点制备技术58

4.3 半导体量子点在纳米电子和光电子中的应用60

4.3.1 砷化铟量子点激光器60

4.3.2 量子点之光学特性62

4.4 单光子光源65

4.4.1 量子光学与HB-T干涉实验66

4.4.2 单量子点光谱与单光子辐射68

参考文献70

第5章 纳米磁性材料71

5.1 纳米磁性材料的类型71

5.1.1 人工纳米磁性材料和天然纳米磁性材料71

5.1.2 磁性纳米材料的分类72

5.2 纳米磁性材料的基本特征75

5.2.1 磁畴75

5.2.2 超顺磁性76

5.2.3 交换作用77

5.2.4 矫顽力Hc78

5.2.5 居里温度78

5.2.6 磁化率79

5.3 一些具体的纳米磁性材料79

5.3.1 磁性液体79

5.3.2 磁性微球82

5.3.3 一维纳米丝82

5.3.4 二维纳米薄膜84

5.3.5 磁性纳米复合物85

5.3.6 纳米双相复合硬磁85

5.3.7 高频微波纳米磁性材料86

5.4 纳米磁性材料的制备方法88

5.4.1 制备方法分类88

5.4.2 制备方法的具体实例89

5.5 巨磁电阻材料94

5.5.1 巨磁电阻效应和应用94

5.5.2 磁电阻的分类及比较96

5.5.3 巨磁电阻效应的物理机制98

5.5.4 GMR生物传感器100

参考文献104

第6章 纳米氧化钛光催化材料105

6.1 纳米氧化钛光催化原理105

6.1.1 光催化技术的发展概况105

6.1.2 半导体（TiO2）光催化原理106

6.2 纳米氧化钛材料的制备108

6.3 纳米氧化钛光催化材料的应用110

参考文献113

第7章 氧化锌的光电和压电应用114

7.1 氧化锌的光电应用114

7.1.1 氧化锌的光电特性114

7.1.2 ZnO的外延生长116

7.1.3 ZnO量子点的光学特性117

7.1.4 有序排列ZnO纳米线阵列的控制合成117

7.2 氧化锌的压电应用120

7.2.1 压电效应120

7.2.2 氧化锌的压电应用——纳米发电机121

参考文献127

第8章 纳米超导材料128

8.1 超导电性128

8.2 超导电性的物理原理129

8.3 超导体的分类130

8.3.1 低温超导体130

8.3.2 高温超导体130

8.3.3 其他新型超导体131

8.4 纳米超导体131

8.4.1 纳米超导体的研究进展131

8.4.2 纳米超导研究的难点134

8.5 纳米超导体的应用136

8.5.1 量子计算机136

8.5.2 纳米超导体量子比特137

参考文献147

第9章 纳米生物材料148

9.1 纳米生物材料149

9.1.1 概述149

9.1.2 药物和基因纳米载体材料149

9.1.3 纳米生物陶瓷材料151

9.1.4 磁性纳米粒子152

9.1.5 纳米生物复合材料152

9.2 纳米生物医药材料153

9.2.1 纳米无机生物材料153

9.2.2 纳米有机生物材料154

9.2.3 药物的纳米化技术155

9.2.4 生物芯片155

9.2.5 纳米生物医药材料的发展方向156

9.3 磁性微粒子在医学上的应用157

9.4 纳米粒子在生物分析中的应用159

9.4.1 金属纳米粒子在生物分析中的应用159

9.4.2 荧光纳米球乳液在生物分析中的应用160

9.4.3 发光量子点在生物分析中的应用161

9.5 量子点在生物及医学分析中的应用162

9.5.1 量子点在生物及医学分析中的应用162

9.5.2 量子点用于活体方面的研究165

9.6 纳米磁性材料在热疗中的研究进展166

9.6.1 热疗的背景166

9.6.2 磁热疗167

9.6.3 热疗用磁性材料168

9.6.4 磁热疗用磁性材料的产热机理168

参考文献170

第10章 纳米能源材料171

10.1 纳米储能材料172

10.1.1 氢能源特点和发展目标173

10.1.2 不同储氢方式的比较173

10.1.3 储氢材料技术现状174

10.2 燃料电池177

10.2.1 燃料电池的基本概念177

10.2.2 各种燃料电池的比较178

10.2.3 质子交换膜180

10.2.4 纳米燃料电池182

10.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池182

10.3.1 太阳能电池的现状182

10.3.2 太阳能电池的种类183

10.3.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池186

参考文献193

第11章 纳米复合材料195

11.1 复合材料的概念和历史195

11.2 纳米材料的表面改性及其应用196

11.2.1 纳米表面工程196

11.2.2 纳米粒子表面改性的机理197

11.2.3 纳米粒子的表面改性剂198

11.2.4 纳米粒子改性的方法199

11.2.5 改性纳米粒子的应用200

11.3 核壳结构复合纳米材料201

11.3.1 核壳型复合结构的特点201

11.3.2 复合方法201

11.3.3 核壳结构形成机理203

11.3.4 材料性质的改变204

11.3.5 核壳型复合纳米材料的应用前景205

参考文献206

第12章 DNA纳米技术208

12.1 DNA的基本特性208

12.1.1 DNA的特殊结构208

12.1.2 DNA的导电性208

12.1.3 一个最简单的DNA传导等效模型211

12.1.4 DNA分子器件的优势212

12.2 DNA纳米技术213

12.2.1 DNA用于纳米粒子的组装213

12.2.2 DNA模板自组装的驱动力214

12.2.3 DNA作为模板制备分子导线215

12.3 DNA分子马达217

12.3.1 Drexler猜想217

12.3.2 DNA分子马达的发展218

12.3.3 DNA分子马达的基本原理219

12.3.4 DNA分子马达的应用220

参考文献222