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自组装纳米结构 - ［美］张金中、王中林、刘俊、陈少伟、刘刚玉 著
出版日期:2005年1月
纳米结构材料,又称为纳米材料，是指维度在纳米长度范围且处于孤立原子（或分子）和块状体之间的介观体系。与块体材料相比，纳米材料具有独特的物理和化学性质，明显不同于块体材料。纳米材料的尺寸依赖特性，表面的敏感度现象，以及空间排列方式等，对我们如何理解这类材料的性质提出了极大的挑战。纳米技术和纳米器件的巨大的经济利益和技术效益，已经引起人们对纳米材料的极大兴趣。纳米材料已经在光电子、光电池、光催化剂、微电子、传感器和探测器等方面展现出极大的应用潜力。这些领域的发展将会在各个方面影响我们的日常生活，例如，从如何设计更快速度的计算机到如何利用和储存能源，保护环境，以及如何诊断和治疗疾病。
纳米材料的研究与发展涉及到三个关键方面：组装与合成、性能表征、应用开发。在过去的几年时间里，已出版了关于纳米材料的几部专著。其中大多数专著是为本领域专业人员或专家而编写的，主要集中在纳米材料的理论和物理方面。就我们所知，目前还没有系统概括自组装与合成、表征、应用等三个重要方面纳米材料基础的导论层次的图书。本书的出版正是为了填补这一层次图书的空白，本书具有如下几个特色。
1 本书内容介于纳米材料导论和科学前沿之间，注意平衡基础和发展课题的研究成果。这样，它既适合初学者，也适合专家以及研究生和高年级本科生。
2 本书强调了纳米材料化学与物理原理知识内容的平衡。
3 本书精彩之处在于基于建筑层次的纳米材料，包括组装与自组装体系，而不是孤立的纳米粒子。
4 本书对“纳米建筑物”的应用或潜在应用的重要实例进行了深入讨论，范围从物理到化学及生物体系。
本书的结构如下，第1章是纳米材料导论，包括关键的发展历史、新特性及纳米材料基本物理原理。第2章主要介绍了分子自组装与合成自组装纳米结构，包括LB (Langmuir-Blodgett）膜、合成自组装纳米材料及用分子直接组装的薄膜和复合材料。第3章介绍了天然自组装纳米材料在生物和生物医学中的应用。例如，骨组织、贝壳中的层合复合材料和细胞膜。讨论的主题包括分子形核与生长，层次有序化及功能选择性。第4章讨论了纳米晶体自组装，包括纳米晶体的不同合成方法，主要是湿化学法，也涉及组装与制作所需的二维和三维结构及其磁性质。第5章介绍了采用不同显微技术研究纳米材料的结构特性和化学功能性。第6章重点讨论了利用纳米结构和化学表征方法实现光刻照相术工程的纳米结构和纳米制作。第7章的讨论主题是纳米结构的化学反应性，举例说明了纳米材料的各种化学反应性，其中包括涉及催化、光催化剂、光电化学、分子识别、比表面作用的氧化还原反应。第8章特别介绍了纳米结构的光和电子功能。主要是利用频率和时效光技术研究半导体纳米材料的光和电子性质。第9章是金属纳米材料的光学和动力学性质。第10章介绍了应用电化学和电学技术研究纳米结构的电化学性质和传输性质等内容。很多章节都涉及了纳米结构对科学和技术的影响。此外，对纳米结构的重要应用的例子也做了介绍，包括纳米电器件、太阳能电池、光催化剂、光电化学、发光二极管、激光、探测器、传感器和生物影像。自组装纳米结构目录
第1章 导论1
第2章 合成自组装材料：原理和应用6
21 微观和宏观的相互作用6
211 分子间的相互作用能6
212 宏观相互作用能8
213 氢键、疏水作用和亲水作用9
22 表面活性剂和亲水性分子10
23 从分散状态到凝聚状态的转变：自组装的开始11
24 堆积几何：获得所需的自组装结构14
241 表面活性剂浓度的影响16
242 链长的影响16
243 共溶剂的影响16
244 盐和离子的影响17
25 自组装嵌段共聚物纳米结构17
26 液晶结构和无机材料的自组装19
261 阳离子表面活性剂和阴离子硅酸盐的相互作用22
262 其他表面活性剂、聚合物和陶瓷间的相互作用24
27 智能纳米材料26
271 分子识别26
272 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
31 生物纳米材料中的多尺度有序和功能47
32 天然纳米材料的层次有序性48
321 生物世界中的基本“建筑材料”蛋白质48
322 骨组织中的层次结构49
323 贝壳复合矿物质51
33 生物纳米材料中有机相的多功能性52
331 对力学性能的贡献52
332 无机矿物质的分子直接自组装56
333 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
41 纳米晶体69
42 多面体纳米晶体的形状70
421 类立方体纳米晶体71
422 四面体纳米晶体72
423 八面体和平截八面体纳米晶体72
424 孪晶和堆垛层错73
425 多孪二十面体、十面体粒子74
426 类棒状纳米晶体的晶面形状76
427 表面缺陷77
428 纳米晶体的表面重构78
429 超微粒子和幻数79
43 纳米晶体的自组装81
431 表面钝化82
432 粒子间的键合84
44 粒子的溶液相自组装84
441 金属纳米晶体85
442 半导体纳米晶体86
443 金属磁性纳米晶体88
444 氧化物纳米晶体89
45 自组装技术91
451 单分散纳米晶体的尺寸选择91
452 具有固定尺寸/相的纳米粒子的组装92
453 纳米晶体自组装的生长机理92
46 自组装纳米晶体的性能94
47 模板辅助自组装97
471 纳米孔道阵列辅助自组装97
472 自组装的自然结构98
473 碳纳米管阵列的催化辅助生长98
474 QDs的应力驱动自组装99
48 小结100
参考文献100
第5章 纳米结构的表征106
51 X射线衍射106
511 自组装晶体学106
512 纳米晶体的结构107
52 扫描探针显微镜109
53 扫描电子显微镜111
54 透射电子显微镜114
541 像的形成114
542 衬度机理115
543 纳米晶体的形状117
544 自组装结晶学119
545 形状可控纳米晶体的自组装120
546 自组装的缺陷125
547 自组装结构的化学成像132
548 原位结构转变135
55 小结137
参考文献137
第6章 利用刻蚀技术制作纳米结构140
61 制作技术和纳米刻蚀140
62 X射线、电子束和离子束刻蚀技术141
621 X射线刻蚀技术142
622 电子束和离子束刻蚀技术142
63 纳米粒子的刻蚀技术143
64 扫描探针刻蚀技术146
641 分辨率和纳米制作146
642 以STM为基础的纳米刻蚀技术148
643 以AFM为基础的纳米刻蚀技术150
65 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
71 纳米材料的氧化还原电位159
711 量子尺寸限域效应159
712 表面效应160
713 光效应160
72 光化学和化学反应161
721 光化学反应161
722 无光化学反应162
73 光电化学反应163
74 光催化作用和环境方面的应用164
741 小无机物分子164
742 大有机分子165
743 水污染控制165
744 控制空气污染167
75 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
81 在低维体系中的能级和态密度180
811 能级180
812 态密度181
82 电子结构和电学性质182
821 纳米材料的电子结构182
822 电子-声子相互作用183
83 半导体纳米材料的光学性质184
831 吸收：直接和间接跃迁184
832 发射：光致发光和电致发光189
833 非线性光学性质192
834 单粒子波谱194
84 光学性质的应用197
841 激光器和发光二极管197
842 光伏打太阳能电池198
843 滤光器：光子带隙材料199
844 其他应用199
85 半导体纳米粒子的载流子动力学201
851 谱线宽度和电子退相201
852 电荷载流子弛豫202
853 电荷载流子俘获202
854 电子-空穴复合203
855 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
91 金属纳米粒子和组装体的静态吸收性质230
92 金属粒子发光234
93 表面增强拉曼散射235
94 谱线宽度和电子退相235
95 电子弛豫动力学236
96 电子-声子的相互作用237
97 金属纳米粒子的单一粒子波谱学238
98 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
101 引言243
102 经典库仑阶跃现象244
103 纳米粒子量子化电容充电246
1031 单分子层保护纳米粒子的合成与分离246
1032 纳米粒子量子化电容充电行为250
1033 纳米粒子的自组装单分子层257
1034 纳米粒子量子化电容充电行为的溶剂效应258
1035 整流充电行为的电压控制263
1036 电子传递动力学264
104 纳米粒子的体相电化学272
1041 固态电导率272
1042 电活化功能基团273
105 结束语276
参考文献276 本书适合于从事纳米材料与工程、物理学、化学化工、生命科学等领域的纳米科学技术的科研人员使用，也可作为高等院校相关专业的研究生及高年级本科生学习参考书。自组装纳米结构内容介绍:
本书的原作者是在海外长期从事纳米材料研究的五位年轻有为的知名华裔学者，全书汇集了他们在纳米结构自组装科学与技术领域取得的最新研究成果，也是对当代纳米材料科学与技术领域部分研究工作的阶段性总结。
纳米材料的研究与发展涉及组装与合成、性能表征和应用开发，本书从基础层面入手，循序渐进，由浅入深，图文并茂，集思想性、知识性、趣味性和通俗性于一体，全面介绍了自组装化学与物理、自组装结构表征和自组装结构的性质。本书主要内容包括：分子自组装与合成自组装的纳米结构，天然自组装纳米结构，基于刻蚀技术的纳米结构制作，纳米晶体自组装，纳米材料的结构特性和化学功能性，纳米结构的化学反应性、电化学性质和传输性质、光和电子功能，金属纳米材料的光学和动力学性质。
本书的主要译者都是在国内长期从事纳米材料基础研究的中青年专家，他们力求能够准确地将这部著作的中文版呈现给国内的广大读者。
本书适合于从事纳米材料与工程、物理学、化学化工、生命科学等领域的纳米科学技术的科研人员使用，也可作为高等院校相关专业的研究生及高年级本科生学习参考书。
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