本书为教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会规划教材,根据教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会制定的本课程“教学基本要求”编写。
本书除绪论外,共分6章,第1章为纳米材料的物理学基础,第2章为纳米材料的基本效应,第3章为零维纳米材料,第4章为一维纳米材料,第5章为有序纳米结构及其应用,第6章为纳米固体及其制备。
本书特色在于对当今迅猛发展的纳米材料科学技术的知识点进行了认真的梳理和凝练,从教材的编写特点和要求出发,以“维度”作为教学线索,力图使学生通过学习掌握纳米材料奇异性能的本质和基本原理,掌握纳米材料合成、制备方法的内在规律和一些共性原理。使学生不但要知其然,还要知其所以然,以达到“授人以渔”的目的。
本书条理清晰,深入浅出,便于教学,可作为高校高年级本科生和研究生的教材,也可供相关专业师生、科技人员、工程技术人员参考。

绪论
0.1 纳米科技的内涵和发展
0.2 纳米材料的概念
0.3 纳米材料的研究对象和研究内容
0.3.1 纳米“基本单元”
0.3.2 纳米结构和纳米块体
第1章 纳米材料的物理学基础
1.1 周期纳米结构的物理学
1.1.1 理想周期结构的能带
1.1.2 能带中电子的准经典运动和有效质量
1.1.3 有效质量方程
1.1.4 量子束缚与能态密度
1.2 零维纳米颗粒的基本物理效应
1.2.1 量子尺寸效应和久保理论
1.2.2 久保理论的修正与完善
思考题
第2章 纳米材料的基本效应
2.1 量子尺寸效应
2.2 小尺寸效应
2.3 表面效应
2.4 库仑堵塞效应
2.5 量子隧穿效应
思考题
第3章 零维纳米材料
3.1 零维纳米材料的制备技术
3.1.1 气相法制备
3.1.2 液相法制备
3.1.3 固相法制备
3.2 零维纳米材料的物理化学性质
3.2.1 热学性质
3.2.2 光学性质
3.2.3 磁学性质
3.2.4 化学性质
思考题
第4章 一维纳米材料
4.1 一维纳米材料的合成制备
4.1.1 气相法制备
4.1.2 液相法制备
4.1.3 模板法制备
4.2 一维半导体纳米线的物性
4.2.1 单根纳米线的电学传输
4.2.2 单根纳米线的光学性质
4.3 碳纳米管
4.3.1 碳纳米管的结构
4.3.2 碳纳米管的制备
4.3.3 碳纳米管的性质
4.3.4 碳纳米管的应用
思考题
第5章 有序纳米结构及其应用
5.1 纳米刻蚀技术
5.1.1 极紫外光刻(EUVL)和X射线光刻(XRL)
5.1.2 电子束刻蚀(EBL)和离子束刻蚀(IBL)
5.1.3 纳米压印技术(NIL)
5.1.4 其他几种纳米刻蚀技术
5.2 自组装技术
5.2.1 微观粒子间的相互作用能
5.2.2 表面活性剂分子的自组装
5.2.3 微乳液法自组装
5.2.4 利用范德瓦尔斯力自组装
5.2.5 利用静电力自组装
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第6章 纳米固体及其制备
参考文献

第1章 纳米材料的物理学基础
纳米材料因其独特的物理化学性质和广泛的应用前景受到各个领域的学者的广泛关注。当材料进入纳米尺度时,其电子结构将发生很大变化,正是由于纳米体系的电子结构的显著变化导致纳米材料表现出与块体材料不同的、独特的物理、化学性质,如量子尺寸效应、量子限域效应等。而不同维度的纳米材料,其电子态的分布又表现出不同的形式,因而具有不同的性质和应用前景。因此了解纳米材料的电子能级分布是理解纳米材料独特物性的基础。本章从*基础的原子结合出发,介绍晶体材料的能带形成及能带结构特征,然后讨论量子束缚对材料能带结构的影响,从电子能态密度角度描述纳米材料电子状态分布,用有效质量方程描述半导体纳米材料内部电子的输运特征。讨论零维金属纳米颗粒的能级分裂和量子尺寸效应,*后介绍统计处理金属颗粒能级分布的久保理论。
1.1 周期纳米结构的物理学
1.1.1 理想周期结构的能带
1.原子能级分裂与能带
晶体中大量原子通过各种化学键结合形成具有严格周期性的结构,这种周期性的结构导致晶体中电子的状态表现出与其他固体不同的特殊形式。晶体中电子的能级分布表现为能带结构。大量的准连续分布的电子能级形成一个电子能带,能带与能带之间存在的电子禁忌区称为禁带。基态下,晶体中电子按照能量由低到高占据不同能带中的各个能级,由于电子占据情况的不同使得晶体表现为不同的电学性质。绝缘体能带的电子占据情况为全满或全空,无半满带,而导体中存在一个或多个未被电子占满的能带。为了理解绝缘体和导体的不同,我们有必要了解周期结构中电子的状态及其运动行为。
……