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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10

1.3.4 小尺寸效应11

1.3.5 表面效应12

1.3.6 介电限域效应13

参考文献14

第2章 纳米材料的检测与分析15

2.1 纳米材料粒径检测分析16

2.2 纳米材料电学性质检测与分析17

2.3 纳米材料磁学性质检测与分析18

2.4 纳米材料力学性质检测与分析19

2.5 纳米材料热学性质检测与分析20

2.6 纳米材料光学性质检测与分析22

2.7 扫描式探针显微技术24

2.7.1 STM的工作原理24

2.7.2 STM的工作模式25

2.7.3 STM的应用——原子操纵术26

2.7.4 STM的优点27

2.8 原子力显微镜27

2.8.1 AFM的工作原理28

2.8.2 AFM扫描模式比较28

2.8.3 AFM应用举例29

参考文献30

第3章 碳纳米管31

3.1 碳的同素异形体及结构31

3.1.1 碳的同素异形体31

3.1.2 碳的同素异形体的结构31

3.1.3 石墨烯33

3.2 碳纳米管的种类和性质33

3.2.1 碳纳米管的种类33

3.2.2 碳纳米管的特性33

3.2.3 碳纳米管的电子结构36

3.3 碳纳米管的制备36

3.4 碳纳米管的应用38

3.4.1 碳纳米管与微电子学38

3.4.2 碳纳米管的其他应用49

参考文献51

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 量子点激光器60

4.4 单光子光源62

参考文献65

第5章 纳米磁性材料66

5.1 纳米磁性材料的类型66

5.1.1 人工纳米磁性材料和天然纳米磁性材料66

5.1.2 磁性纳米材料的分类67

5.2 纳米磁性材料的基本特征70

5.2.1 磁畴70

5.2.2 超顺磁性71

5.2.3 交换作用72

5.2.4 矫顽力Hc73

5.2.5 居里温度74

5.2.6 磁化率75

5.3 一些具体的纳米磁性材料75

5.3.1 磁性液体75

5.3.2 磁性微球77

5.3.3 一维纳米线77

5.3.4 二维纳米薄膜79

5.3.5 磁性纳米复合物79

5.3.6 纳米双相复合硬磁80

5.3.7 高频微波纳米磁性材料80

5.4 纳米磁性材料的制备方法83

5.4.1 制备方法分类83

5.4.2 制备方法的具体实例83

5.5 巨磁电阻材料89

5.5.1 巨磁电阻效应和应用89

5.5.2 磁电阻的分类及比较91

5.5.3 巨磁电阻效应的物理机制93

5.5.4 GMR生物传感器95

参考文献99

第6章 纳米氧化钛光催化材料100

6.1 纳米氧化钛光催化原理100

6.1.1 光催化技术的发展概况100

6.1.2 半导体（TiO2）光催化原理101

6.2 纳米氧化钛材料的制备103

6.3 纳米氧化钛光催化材料的应用105

参考文献108

第7章 纳米绿色光源材料109

7.1 绿色光源之材料基础109

7.2 半导体发光材料109

7.3 Ⅱ-Ⅵ族半导体发光材料113

7.3.1 Ⅱ-Ⅵ族材料特点113

7.3.2 ZnSe基材料115

7.3.3 氧化锌116

7.4 GaN基半导体材料117

参考文献119

第8章 自旋电子学120

8.1 自旋电子学的发展120

8.1.1 磁电子学120

8.1.2 磁电子学应用121

8.1.3 半导体自旋电子学122

8.2 自旋阀和交换耦合作用123

8.2.1 自旋阀123

8.2.2 交换耦合作用123

8.2.3 交换耦合作用原理123

8.2.4 交换耦合作用的应用：交换耦合复合介质124

8.3 磁阻式随机存取存储器126

8.3.1 MRAM的基本结构126

8.3.2 MRAM与现行各类存储器的比较127

8.3.3 MRAM研究进展128

参考文献131

第9章 纳米生物材料133

9.1 纳米生物材料134

9.1.1 概述134

9.1.2 药物和基因纳米载体材料134

9.1.3 纳米生物陶瓷材料136

9.1.4 磁性纳米粒子137

9.1.5 纳米生物复合材料137

9.2 纳米生物医药材料138

9.2.1 纳米无机生物材料138

9.2.2 纳米有机生物材料139

9.2.3 药物的纳米化技术140

9.2.4 生物芯片140

9.2.5 纳米生物医药材料的发展方向141

9.3 磁性微粒子在医学上的应用142

9.4 纳米粒子在生物分析中的应用144

9.4.1 金属纳米粒子在生物分析中的应用144

9.4.2 荧光纳米球乳液在生物分析中的应用145

9.4.3 发光量子点在生物分析中的应用146

9.5 量子点在生物及医学分析中的应用146

9.5.1 量子点在生物及医学分析中的应用147

9.5.2 量子点用于活体方面的研究150

9.6 纳米磁性材料在热疗中的研究进展151

9.6.1 热疗的背景151

9.6.2 磁热疗152

9.6.3 热疗用磁性材料153

9.6.4 磁热疗用磁性材料的产热机理153

参考文献155

第10章 纳米能源材料156

10.1 纳米储能材料157

10.1.1 氢能源特点和发展目标158

10.1.2 不同储氢方式的比较158

10.1.3 储氢材料技术现状159

10.2 燃料电池162

10.2.1 燃料电池的基本概念162

10.2.2 各种燃料电池的比较163

10.2.3 质子交换膜165

10.2.4 纳米燃料电池167

10.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池167

10.3.1 太阳能电池的现状167

10.3.2 太阳能电池的种类168

10.3.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池172

参考文献178

第11章 纳米复合材料180

11.1 复合材料的概念和历史180

11.2 纳米材料的表面改性及其应用181

11.2.1 纳米表面工程181

11.2.2 纳米粒子的表面改性及应用182

11.2.3 纳米粒子表面改性的机理183

11.2.4 纳米粒子改性的方法184

11.3 核壳结构复合纳米材料185

11.3.1 制备方法185

11.3.2 核壳结构形成机理187

11.3.3 材料性质的改变188

11.3.4 核壳型复合纳米材料的应用前景190

参考文献190

第12章 DNA纳米技术191

12.1 DNA的基本特性191

12.1.1 DNA的特殊结构191

12.1.2 DNA的导电性191

12.1.3 一个最简单的DNA传导等效模型194

12.1.4 DNA分子器件的优势195

12.2 DNA纳米技术196

12.2.1 DNA用于纳米粒子的组装196

12.2.2 DNA模板自组装的驱动力197

12.2.3 DNA作为模板制备分子导线198

12.3 分子马达200

12.3.1 Drexler猜想200

12.3.2 分子马达201

12.3.3 分子马达的基本原理202

12.3.4 分子马达的应用203

参考文献205