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本书是高等学校教材。全书介绍了纳米材料的结构和性能以及制备方法,并讲述了纳米材料的应用和纳米材料与技术的新进展。本书主要任务是使材料专业本科生对纳米材料有一个比较广泛的了解。通过本课程的学习可了解到纳米材料和技术的发展趋势,掌握纳米材料的基本知识和基本理论,包括纳米颗粒,纳米管线,纳米薄膜,纳米固体材料,纳米结构的概念、特点、性能和制备方法等。全书共分9章,第1章综述了纳米材料与纳米技术的发展历程;第2章讲述了纳米材料的分类、概念及其特性;第3章讲解了纳米粉体材料的制备技术及其特点;第4章到第6章分别介绍了一维纳米碳管、纳米固体材料、介孔材料的特点及其制备方法;第7章是纳米材料的分析表征技术;第8章叙述了纳米材料的应用;第9章为有关纳米材料的潜在危害。
本书适合从事或有兴趣于纳米材料与纳米技术研究或教学的教师、研究生、本科生等人员阅读,另外,有些章节也可作为科普读物。
第1章绪论1
11纳米材料与纳米技术发展历史1
111纳米材料与纳米技术的诞生1
112纳米材料与纳米技术的发展1
12中国纳米材料与技术发展概况3
13纳米材料热点领域的新进展6
131纳米组装体系的设计和研究6
132高性能纳米结构材料的合成7
133纳米添加使传统材料改性7
134纳米涂层材料的设计与合成7
135纳米颗粒表面修饰和包覆的研究8
参考文献8
第2章纳米材料9
21纳米材料的分类9
211纳米微粒9
212纳米固体10
213纳米组装体系11
22纳米材料的性质11
221纳米材料的表面效应12
222纳米材料的小尺寸效应12
2221特殊的光学性质13
2222特殊的热学性质13
2223特殊的磁学性质14
2224特殊的力学性质14
2225电学性质14
223纳米材料的宏观量子隧道效应14
23纳米材料的团聚与分散15
231纳米材料的团聚15
232纳米颗粒在液体介质中的团聚机理16
233纳米颗粒在气体介质中的团聚机理18
234纳米颗粒的分散19
235气体介质中纳米粉体分散技术与机理19
236液体介质中纳米粉体分散技术与机理20
24纳米颗粒表面修饰21
241表面物理改性21
242表面化学改性21
参考文献23
第3章纳米粉体制备25
31纳米粉体材料的物理法制备25
311蒸发冷凝法25
3111电阻加热法26
3112高频感应法26
3113溅射法26
3114流动液面真空蒸镀法26
3115通电加热蒸发法27
3116混合等离子体法27
3117激光诱导化学气相沉积(LICVD)28
3118化学蒸发凝聚法(CVC)29
3119爆炸丝法29
312机械合金化(MA)29
3121MA物理过程29
3122MA工艺过程30
3123MA工艺特点30
3124MA工艺的主要影响因素31
3125MA工艺中的理论研究33
32纳米粉体材料的湿化学法制备37
321液相中生成固相微粒的机理37
322溶胶凝胶法(SolGel)39
3221溶胶凝胶技术的原理39
3222溶胶凝胶技术的前驱体分析40
3223溶胶凝胶技术的应用举例41
323微乳液技术44
3231微乳反应器原理45
3232微乳反应器的形成及结构45
3233微乳液法的应用举例47
324喷雾热分解(SP)法48
3241喷雾技术48
3242喷雾热分解合成步骤49
3243喷雾热分解应用举例51
325水热法52
3251水热法原理及特点53
3252水热法的装置——高压釜54
3253水热法的分类54
3254水热法应用举例55
326沉淀法56
3261沉淀法的原理56
3262沉淀法原料选择及溶液配制57
3263沉淀法的应用举例57
33纳米粉体材料的湿声化学法制备59
331湿声化学法简介59
332湿声化学法工艺过程与特点60
333湿声化学法的机理61
334湿声化学法的应用举例61
3341PZT粉体合成61
3342SBT粉体合成61
参考文献62
第4章一维纳米材料——纳米碳管67
41纳米碳管的性质及其应用67
411纳米碳管的结构67
412纳米碳管的性质68
413纳米碳管的应用69
4131纳米电子学方面69
4132复合材料领域70
4133能源方面71
4134医疗领域及生物工程71
4135化学领域72
42纳米碳管的制备73
421电弧法73
422催化裂解法(CVD)74
423激光蒸发法75
424化学气相沉积法76
425热解聚合物法76
参考文献77
第5章纳米固体材料79
51纳米固体材料的分类79
52纳米固体材料的微结构及其特性81
521类气态模型82
522扩展结构82
523短程有序82
524界面缺陷态模型82
525界面可变结构模型82
53纳米陶瓷83
531纳米陶瓷的性质与应用83
5311力学性能及应用83
5312电学性能及应用83
5313光学性能及应用83
5314磁学性能及应用84
5315催化性能及应用84
5316敏感性能及应用84
5317其他性能及应用84
532纳米陶瓷的制备84
5321纳米陶瓷的成型84
5322纳米陶瓷的烧结85
54纳米薄膜86
541纳米薄膜的分类86
542纳米薄膜的特性87
5421机械力学性能87
5422电磁学性能87
5423光学性能88
5424气敏特性88
543纳米薄膜的制备88
5431薄膜的形成过程与影响因素88
5432纳米薄膜的制备技术简介89
544纳米薄膜的研究进展93
5441纳米磁性膜93
5442纳米光学膜93
5443纳米气敏膜94
5444纳米润滑膜94
55纳米复合材料94
551纳米复合材料的分类95
5511按基体材料分类95
5512按纳米改性剂分类95
5513按制备方法分类95
552纳米复合材料的性能与特点95
5521纳米复合材料的基本性能95
5522纳米复合材料的特殊性质96
553纳米复合材料的制备方法96
554纳米复合材料的研究举例98
5541高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料98
5542模板法合成含镧的层状无机有机纳米复合材料99
555纳米固体材料的发展99
参考文献99
第6章介孔材料103
61介孔材料的分类及特性103
62介孔材料的合成机理104
621液晶模板机理104
622棒状自组装模型106
623电荷密度匹配机理106
624协同作用机理106
625层状折叠机理107
63介孔材料的制备108
631模板剂109
6311模板剂的作用109
6312模板剂的分类及发展110
6313模板剂的脱除111
632无机介孔材料的制备112
633无机有机杂化介孔材料的制备112
64介孔材料的应用研究112
641应用研究113
6411择形吸附与分离113
6412催化113
6413光催化反应113
6414在气体检测传感器方面的应用研究113
6415电容、电极、储氢材料114
6416信息储运114
642有序介孔材料的应用领域114
6421化工领域114
6422生物医药领域115
6423环境和能源领域115
65介孔材料研究热点及未来趋势116
参考文献116
第7章纳米材料的表征120
71粒度表征120
711颗粒及颗粒粒度120
712粒度分析的意义122
713粒度分析方法122
7131显微镜法123
7132电镜观察粒度分析123
7133激光粒度分析123
7134沉降法124
7135X射线衍射线宽法125
7136粒度分析的新进展125
72形貌表征125
73成分分析127
74热分析技术及宏观性质129
75纳米测试技术的发展130
参考文献131
第8章纳米材料与纳米技术的应用132
81纳米技术在陶瓷领域方面的应用132
811纳米技术在普通陶瓷中的应用132
812纳米技术在特种陶瓷中的应用133
8121结构陶瓷中的应用133
8122功能陶瓷中的应用134
813纳米技术在陶瓷应用中的问题135
82纳米技术在陶瓷工业环保领域的应用136
821纳米材料对大气污染的治理136
822纳米材料对废水的治理137
823纳米材料对噪声的治理138
83纳米技术在微电子学上的应用与前景138
831纳米技术在微电子学上的应用138
832纳米技术在微电子学上的应用前景139
84纳米材料在化工生产中的应用140
841纳米材料在催化方面的应用140
842纳米材料在涂料方面的应用140
843纳米材料在其他精细化工方面的应用141
85纳米技术在生物工程及医学上的应用141
851纳米材料在生物学领域的应用142
852纳米生物医学材料的应用142
853纳米技术在临床诊断与检测中的应用143
854纳米技术在临床治疗中的应用144
855纳米技术在基础医学中的应用145
86纳米技术在军事领域上的应用146
861纳米电子技术在军事领域的应用146
8611纳米计算机系统147
8612纳米航天及航空技术147
8613微机电系统、“纳米武器”和“纳米军队”148
862纳米技术将改变战争形态149
863纳米技术在装备上的应用149
8631纳米技术将使发动机产生质的飞跃150
8632纳米技术在润滑油中的应用150
8633纳米技术在燃油上的应用150
8634纳米技术在车辆轮胎上的应用150
8635纳米技术改善车辆尾气150
8636未来纳米装备的轮廓素描151
87纳米技术在其他领域上的应用151
871纳米技术在光电领域的应用151
872纳米技术在分子组装方面的应用152
873纳米技术在能源方面的应用153
88纳米材料与纳米技术的应用前景153
参考文献154
第9章纳米材料的潜在危害157
参考文献158 2100433B
1.纳米材料是由纳米颗粒组成的。纳米颗粒中的电子被局限在一个十分微小的纳米空间里,电子运输受到限制,电子的平均自由程短,使电子的局域性和相干性增强。与宏观物体相比,纳米颗粒所包含的原子数大大减少,因此...
纳米(nm),又称毫微米,是长度的度量单位,国际单位制符号为nm。1纳米=10^-9米,长度单位如同厘米、分米和米一样,是长度的度量单位。相当于4倍原子大小,比单个细菌的长度还要小。纳米技术是用单个原...
在7月5日闭幕的2001国际纳米材料高层论坛上,国家纳米科技指导协调委员会负责人马燕合介绍,针对我国纳米科技发展现状,近期将公布由科技部主持起草的《中国国家纳米科技发展纲要》,其宗旨是根据我国国情,国...
纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用 (2)
纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用 (2)
纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用
纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用
大气污染一直是各国政府需要解决的难题,空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生S02气体,这是S02的最大污染源。所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTi03)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以55-70nm的钛酸钴半径作为催化活体多孔硅胶或 A1203陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%,达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧也会产生S02气体,如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧,不产生一氧化硫气体,提高能源利用率,而且会使硫转化成固体的硫化物,而不产生二氧化硫气体,从而杜绝有害气体的产生。
最新研究成果表明,复合稀土化物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题。以活性碳作为载体、纳米 Zr0.5 Ce0.5 O2,粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂,由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Cr3+,电子可以在其三价和四价离子之间传递,因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性,再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强,因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物,使它们转化为对人体和环境无害的气体--二氧化碳和氮气。而更新一代的纳米催化剂,将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用,使汽油在燃烧时就不产生CO和NOx,无需进行尾气净化处理。
污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失,也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来,变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来,先使水中不含悬浮物,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置,能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。经前二道净化工序后,水体清澈,没有异味,口感也较好。再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可以将水中的细菌、病毒100%去除,得到高质量的纯净水,完全可以饮用。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大,在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时,就会被过滤掉,水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。该技术在医学领域血透中已开始应用,有"体外肾脏"之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后,会大大减轻肝、肾脏的负担。
本书主要内容有: 纳米材料和纳米技术概述, 纳米技术的发展历程, 纳米材料和设计, 纳米的分类: 结构和性能, 材料性能导图和应用, 纳米材料分类和基础, 纳米材料的性能, 纳米材料的合成和表征, 设计环境和系统, 纳米材料产品和功能, 健康和环境领域中的纳米材料和技术, 更宽领域中的纳米材料和纳米技术。
1.1历史与范围
1.1.1纳米材料并非新产物
1.1.2纳米技术的早期应用:纳米金
1.1.3纳米科学与纳米技术方面的出版物
1.2小物质能有大不同吗
1.3纳米结构材料的分类
1.4令人惊叹的纳米结构
1.5纳米材料的应用
1.6自然:最好的纳米科学家
1.7挑战与未来展望
2.1纳米晶体材料中的微结构和缺陷
2.1.1层错
2.1.2孪晶、堆垛缺陷和空隙
2.1.3晶界、三结和旋转位移
2.2材料的纳米尺寸效应
2.2.1弹性性能
2.2.2熔点
2.2.3扩散率
2.2.4晶粒生长特性
2.2.5固体溶解度的增大
2.2.6磁性能
2.2.7电学性能
2.2.8光学性能
2.2.9热学性能
2.2.10机械性能
3.1“自下而上”法
3.1.1物理气相沉积
3.1.2化学气相沉积
3.1.3喷雾转换处理
3.1.4溶胶—凝胶法
3.1.5湿化学合成法
3.1.6自组装
3.2“自上而下”的方法
3.2.1机械合金化
3.2.2等通道转角挤压法
3.2.3高压扭转
3.2.4累积叠轧焊
3.2.5纳米光刻
3.2.6蘸笔纳米光刻技术
3.3纳米粉末的固结成形
3.3.1冲击波固结成形
3.3.2热等静压成型和冷等静压成型
3.3.3放电等离子烧结
4.1纳米电子学
4.1.1半导体器件原理
4.1.2MOSFET
4.1.3固态量子效应器件
4.1.4混合微纳米电子RTT
4.1.5分子电子器件
4.1.6新型光电器件
4.2MEMS和NEMS
4.3纳米传感器
4.3.1碳纳米管传感器
4.3.2纳米线传感器
4.3.3聚合物纳米纤维和纳米复合物
4.3.4纳米粒子
4.3.5等离子基纳米探针
4.3.6光学纳米传感器
4.3.7半导体量子干扰器件磁性纳米传感器
4.3.8生物传感器
4.3.9基于微悬臂梁的传感器
4.3.10电子鼻
4.3.11电子舌
4.4纳米催化剂
4.4.1黄金纳米粒子
4.4.2磁性纳米粒子
4.4.3其他纳米催化剂
4.5食品工业和农产品业
4.6化妆品和消费品
4.6.1防晒霜
4.6.2个人护理产品
4.6.3抗衰老产品
4.6.4其他用途
4.7结构与工程
4.8汽车行业
4.9水处理与环境
4.10纳米医学应用
4.11纺织品
4.12涂料
4.13能源
4.14防御和空间应用
4.15结构应用
5.1XRD
5.2小角X射线散射
5.3SEM
5.3.1电子—物质的相互作用
5.3.2成像
5.4TEM
5.4.1先进的TEM技术
5.4.2利用TEM定量分析
5.4.3TEM的功能
5.4.4TEM的制样
5.5AFM
5.5.1AFM和其他成像技术的对比
5.5.2AFM的常见模式
5.6STM
5.6.1操作模式
5.6.2STM的构造
5.7场离子显微镜
5.8三维原子探针
5.9纳米压痕
词汇表
索引 2100433B