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第一章　纳米科学与纳米技术1

1.1 纳米世界里的大科学1

1.1.1　人类对自然界的认识1

1.1.2　纳米科技研究的尺度1

1.1.3　介观领域中的纳米科技2

1.1.4　纳米科技的定义4

1.1.5　纳米材料的特征6

1.1.6　纳米矿物学7

1.1.7　纳米科技研究的领域8

1.1.8　纳米科技的未来9

1.1.9　纳米科技发展的里程碑11

1.2　纳米物理学12

1.2.1　新兴的纳米物理学13

1.2.2　纳米器件构筑16

1.2.3　纳米器件的挑战17

1.2.4　纳米放大器20

1.2.5　诺贝尔奖与纳米科技20

1.3　纳米电子学21

1.3.1　纳米电子器件22

1.3.2　机器小型化23

1.3.3　纳米热线24

1.3.4　分子器件、纳米器件的连接25

1.3.5　大数定律26

1.3.6 DNA计算图像说明27

1.4 纳米科技与医学28

1.4.1 磁敏感菌的磁力29

1.4.2　纳米有机分子量子点的荧光30

1.4.3　形形色色的复合体31

1.4.4　纳米生物、纳米医学技术32

1.4.5　原子力显微镜35

1.4.6　奇异的有机树形聚合物36

1.5　微型纳米机器制造37

1.5.1 微型纳米机器制造技术的未来38

1.5.2　纳米机器和纳米装配机39

1.5.3　分子复制机41

1.5.4　模拟宏观机器的纳米机器42

1.5.5　超越生物进化44

1.5.6　纳米科学技术的应用前景46

1.6.1　纳米结构的提出49

1.6　微观世界中的纳米结构49

1.6.3　纳米结构构筑方法50

1.6.2　纳米结构组装体系50

1.6.4　微观世界中计算机芯片的建造52

1.6.5　纳米芯片建造技术53

1.6.6　操纵原子、分子57

1.6.7　“从上到下”和“从下到上”58

1.6.8　纳米结构体系与新量子效应器件60

1.6.9　纳米结构制造的未来61

2.1.1　对称性的哲学定义62

第二章　新兴的纳米材料科学62

2.1 物质结构对称新理论62

2.1.2　对称性的范围63

2.1.3　对称性的尺度63

2.1.4　简单对称性和复合对称性63

2.1.5　对称性基本特征及对称性理论新进展64

2.2　纳米材料科学69

2.2.1　纳米材料科学的发展70

2.2.3　纳米材料的表征方法72

2.2.2　纳米材料的维数72

2.2.4　纳米级的表面和界面74

2.2.5　晶体中的缺陷75

2.2.6　纳米微粒聚合体75

2.2.7　纳米微粒矿物的开发利用76

2.2.8　纳米材料科学与其他学科的关系78

2.2.9　高新科技中的纳米材料80

3.1　纳米物质的结构单元81

3.1.1 团族81

第三章 纳米物质的结构及物理、化学性质81

3.1.2　人造原子82

3.1.3　纳米微粒83

3.2　纳米微粒的基本理论84

3.2.1 电子能级的不连续性84

3.2.2　量子尺寸效应90

3.2.3　小尺寸效应91

3.2.4　表面效应91

3.2.5　宏观量子隧道效应93

3.2.6　库仑堵塞与量子隧穿93

3.3　纳米微粒的物理特性94

3.2.7　介电限域效应94

3.3.1 热学性能95

3.3.2　磁学性能96

3.3.3　光学性能101

3.3.4　纳米微粒悬浮液及其动力学性质106

3.3.5　纳米微粒的表面敏感特性107

3.3.6　光催化性能107

3.4.1　吸附111

3.4　纳米微粒的化学特性111

3.4.2　纳米微粒的分散与团聚114

3.4.3　流变学117

第四章　纳米固体材料的微结构122

4.1 纳米固体的结构特点122

4.2　纳米固体界面的结构模型123

4.2.1　类气态模型123

4.2.2　有序模型124

4.2.3　结构特征分布模型124

4.3 纳米固体界面的研究方法125

4.3.1 x射线研究125

4.2.4　纳米微粒多重分数维准晶结构模型——一类新型的金属纳米材料125

4.3.2 纳米界面结构的电镜观察126

4.3.3　纳米界面结构的穆斯堡尔谱127

4.3.4　纳米固体结构的内耗研究130

4.3.5　正电子湮没132

4.3.6　纳米材料结构的核磁共振138

4.3.7　拉曼（Raman）光谱141

4.3.8　电子自旋共振（ESR）145

4.3.9　纳米材料结构中的缺陷153

4.3.10　康普顿轮廓法158

5.1.1　超微型开关164

第五章　纳米结构组装体系164

5.1 人工纳米结构组装体系164

5.1.2　发光可调制性165

5.1.3　量子点磁开关165

5.1.4　纳米结构组装体系165

5.2　纳米结构自组装和分子自组装合成165

5.2.1　胶体晶体的自组装合成166

5.2.2　金属胶体自组装纳米结构167

5.2.3　多孔纳米结构的自组装合成169

5.2.5　分子自组装合成纳米结构170

5.2.4　半导体量子点阵列体系（膜）的合成170

5.3　厚膜模板合成纳米阵列171

5.3.1　厚膜模板的制备和分类172

5.3.2　纳米结构的模板合成方法173

5.4　介孔固体和介孔复合体的合成178

5.4.1　介孔固体的合成179

5.4.2　介孔固体和介孔复合体的荧光增强效应183

6.1 纳米微粒的气相制备方法192

6.1.1　气体冷凝法192

第六章　纳米微粒的制备与表面修饰192

6.1.2　活性氢－熔融金属反应法193

6.1.3　溅射法194

6.1.4　流动液面上真空蒸镀法194

6.1.5　电加热蒸发法196

6.1.6　混合等离子法196

6.1.7　激光诱导化学气相沉积法197

6.1.8　爆炸丝法199

6.1.9　化学气相凝聚法和燃烧火焰－化学气相凝聚法200

6.2.1　沉淀法202

6.2　纳米微粒的液相制备方法202

6.2.2　喷雾法208

6.2.3　水热法（高温水解法）209

6.2.4　溶剂挥发分解法（冻结干燥法）210

6.2.5　溶胶－凝胶法（胶体化学法）210

6.2.6　辐射化学合成法212

6.3　纳米微粒的固相制备方法214

6.3.1　热分解法214

6.3.2　固相反应法218

6.3.3　火花放电法219

6.3.4　溶出法220

6.3.5　球磨法221

6.4　纳米微粒表面修饰231

6.4.1　纳米微粒表面物理修饰231

6.4.2　纳米微粒表面化学修饰232

第七章 电气石纳米化制备及其应用研究235

7.1 电气石矿物学研究235

7.1.1　电气石的提纯制备235

7.1.2　电子探针分析235

7.1.4 电气石的x射线分析及晶胞参数的精确测定236

7.1.3　电气石的晶体化学式的计算236

7.1.5　电气石的主要性质239

7.2　电气石纳米微粒结构特性239

7.2.1　电气石纳米微粒结构239

7.2.2　电气石纳米微粒最佳尺度的确定264

7.3 电气石纳米化研究与制备265

7.3.1　纳米微粒的制备方法265

7.3.2　电气石纳米化的方法267

7.4.1　电气石的传统应用282

7.4　超细纳米化电气石的应用及意义282

7.4.2　电气石新特性的应用及意义283

7.4.3　超细纳米化电气石的应用前景287

第八章　纳米粘土矿物——以海泡石和坡缕石为例289

8.1　纳米矿物海泡石289

8.1.1　海泡石矿物学289

8.1.2　海泡石纳米结构特征295

8.2　纳米矿物坡缕石300

8.2.1　坡缕石粘土分布300

8.2.3　纳米坡缕石矿物学301

8.2.2　坡缕石研究现状301

8.2.4　坡缕石纳米结构特征309

8.3　纳米粘土矿物的应用326

8.3.1　纳米海泡石的应用326

8.3.2　纳米坡缕石的应用330

第九章　纳米复合材料——未来材料新世界338

9.1 自然界的纳米结构338

9.2　纳米复合材料338

9.2.1　纳米复合材料339

9.2.2　纳米效应340

9.3 聚合物纳米复合体系分类341

9.3.1　聚合物的分类342

9.3.2　聚合物纳米复合体系343

9.3.3　无机纳米材料及纳米前驱体344

9.3.4　纳米复合材料制备方法344

9.3.5　聚合物纳米复合材料的优缺点350

9.4　纳米蒙脱石多功能复合材料352

9.4.1　蒙脱土的性质352

9.4.2　蒙脱石资源及其分布354

9.5.1　聚合物－层状硅酸盐纳米复合材料359

9.5　聚合物－粘土纳米复合材料359

9.5.2　聚合物－蒙脱土纳米复合材料361

9.5.3　纳米前驱体材料与纳米复合材料361

9.5.4　原位聚合方法362

9.5.5　聚合物－层状硅酸盐复合物材料分类364

9.5.6　成型方法365

9.5.7　插层及层间膨胀的热力学365

9.6　聚合物－无机纳米复合材料366

9.6.1　无机纳米微粒及其复合材料366

9.6.3　纳米功能聚合物复合材料368

9.6.2　控制形态的有机－无机纳米复合材料368

9.6.4　纳米敏感复合材料369

9.6.5　纳米磁性复合材料370

9.7　生物有机－无机纳米复合材料370

9.7.1　生物替代材料的性能370

9.7.2　组装与复合方法371

9.7.3　纳米复合材料存在的问题372

9.8　有机－无机纳米复合材料的功能、设计与制备372

9.8.1　纳米复合材料的功能372

9.8.3　纳米复合材料的合成设计373

9.8.2　纳米复合材料的功能设计373

9.8.4　纳米复合材料的稳定化设计374

9.9　纳米复合应用展望375

9.9.1　PLS纳米复合材料的应用375

9.9.2　聚合物纳米晶375

9.9.3　形态可控的纳米催化剂376

9.9.4　组装或者自组装阵列的纳米级载体376

9.9.5　纳米添加剂377

9.9.6　多功能的纳米涂料377

10.1.1　粘土矿物的分类和化学组成379

第十章　粘土矿物及其纳米复合材料379

10.1　粘土矿物的晶体结构379

10.1.2　主要粘土矿物的晶体构造380

10.2 粘土矿物的性质及胶体化学390

10.2.1　粘土矿物的电性390

10.2.2　粘土的水化作用394

10.2.3　粘土矿物的吸附特性396

10.2.4　阳离子固定作用399

10.2.5　粘土－有机物的相互作用400

10.2.6　粘土胶体化学401

10.3　纳米复合的溶胶－凝胶法411

10.3.1　制备金属纳米颗粒411

10.3.2　制备纳米稀土412

10.3.3　制备高分子有机－无机纳米功能材料413

10.4　插层反应法414

10.4.1　插层方法的指标与标准416

10.4.2　层间插入法的要点419

10.4.3　层间插入型纳米复合材料制法的改进420

10.4.4　插层交换制备处理土422

10.5　插层－复合方法423

10.5.1　层状化合物的插层复合方法423

10.5.2　插层复合纳米前驱体负载催化剂的制备与应用427

10.5.3　插层复合纳米前驱体负载聚烯烃催化剂430

10.6 自组装复合与成型方法433

10.6.1　挤出成型433

10.6.2　注塑成型433

11.1 聚酰胺－粘土纳米复合材料435

11.1.1　聚酰胺的单体435

第十一章　聚合物－无机纳米复合材料435

11.1.2　聚酰胺的催化剂438

11.1.3　聚酰胺的聚合439

11.1.4　聚酰胺－蒙脱土纳米复合材料的物化性能441

11.1.5　尼龙6－粘土纳米复合材料446

11.1.6　尼龙6－蒙脱土纳米复合材料工业成品的性能447

11.1.7 NPA6的纳米结构与性能的关系449

11.2　环氧树脂－粘土纳米复合材料451

11.2.1　环氧树脂451

11.2.2　硅酸盐－环氧树脂纳米复合材料458

11.2.3　环氧树脂－粘土纳米复合材料的制备及剥离行为的影响因素460

11.2.4　环氧树脂－粘土纳米复合材料的性能476

11.2.5　环氧树脂－高岭土纳米复合材料483

11.3　聚酯－蒙脱土纳米复合材料485

11.3.1　聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）－蒙脱土纳米复合材料485

11.3.2　聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）－蒙脱土纳米复合材料497

11.3.3　聚酯－无机纳米复合材料的应用前景505

11.4　聚烯烃－粘土纳米复合材料506

11.4.1　聚烯烃及其复合材料506

11.4.2　聚烯烃催化剂506

11.4.3　聚烯烃的聚合工艺510

11.4.4　聚烯烃的纳米复合材料514

11.4.5　纳米前驱体载负茂金属催化剂制备聚乙烯519

11.4.6　无机纳米形态与复合材料性能的关系522

第十二章　纳米高新材料——未来世界的主角524

12.1 纳米金属微粒准晶材料524

12.1.1　纳米微粒多重分数维准晶结构模型524

12.1.2　具有5次对称性的准晶结构模型524

12.1.3　二维准晶结构几何特征527

12.1.4　二维准晶结构模型528

12.1.5　准晶结构研究的意义533

12.2 富勒烯及其高新纳米材料535

12.2.1 C60、Cn及其衍生物研究现状535

12.2.2　富勒烯：碳球、碳管、碳洋葱的结构及特性536

12.2.3 自然界的富勒烯碳球、碳管、碳洋葱的存在性538

12.3　纳米碳管——电子器件的新秀540

12.3.1　螺旋状的纳米碳管540

12.3.2　纳米电路541

12.3.3　纳米管场发射542

12.3.4　制备纳米管的三种方法544

12.3.5　纳米管的其他用途——非电子器件应用545

12.3.6 碳纳米管的性质——向极限推进548

12.3.7　高新纳米材料——纳米碳管550

12.4　纳米芯片553

12.4.1　第一代纳米芯片553

12.4.2　计算机全力加速554

12.4.3　缩小线宽555

12.4.4　新老结合557

12.4.5　图像说明557

12.5.1 DNA纳米技术概述563

12.5 DNA联姻纳米技术563

12.5.2　分枝状DNA565

12.5.3　系列六臂节点组成三维结构的分子晶体567

12.5.4　棒状条组成立方体DNA分子模型569

12.5.5　稳固的DNA序列570

12.5.6　纳米机械572

12.5.7 DNA用作触发器573

12.5.8 对未来的展望576

参考文献577