纳米材料化学简明教程(十二五普通高等教育本科国家级规划教材)
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作者编者:汪信//刘孝恒|责编:杨菁//李玉晖
出版社化学工业
ISBN9787122194145
出版时间2014-01
装帧平装
开本其他
定价45元
货号31507566
上书时间2024-09-08
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前言
【作者简介】
化学是研究物质组成、制备、结构、性质和应用的科学，是一门历史悠久、知识体系相对完整的基础学科。随着时间的推移，化学自身在不断发展,同时又和其他学科相互交叉，相互促进，不断形成新的生长点，特别是近十多年来，化学学科的发展主要有三大特点。 1传统化学的延伸 传统化学的一些领域如今在维持自身特色的同时，不断向新的难度和高度拓展。例如，新型药物等新型有机化合物的结构设计和合成一直是有机化学家所关注的热点，在复杂手性化合物的合成研究工作中，最近又出现了所谓的“双20方向”，即所合成目标产物的结构向着庞大化、复杂化方向发展，每个分子中的原子个数达到或超出20，相应的合成路线往往也在20个步骤左右。图1为一合成步骤数目与中间产物、最终产物得率关系的示意图，它显示出当合成线路达到20余步时，对于一成功的合成而言，产物的最终得率仅为百分之几，通常以毫克单位计算，因而，解决合成化学中的步骤长、过程复杂问题，不仅具有理论意义，而且与其应用和商业价值密切相关。 图1多步骤有机合成的步骤数目与产物得率关系 2化学向生命科学的延伸 生命科学的发展已超出医学、生物领域，与化学、物理、计算机、甚至数学等学科紧密结合。化学原理、化学手段在蛋白质、DNA等的研究中是必不可少的，近年来诺贝尔化学奖（如2004年）常颁发给在这些领域中作出杰出贡献的科学家。值得关注的是，在传统的四大化学教科书中，仅有有机化学以较少的篇幅介绍了糖类、蛋白质、核酸等的内容，这些章节通常也不作为化学基础课中的重点教学内容，显然不能适应化学学科向生命科学延伸的发展趋势。 图2为一长链Pt配合物与DNA相互作用的示意图，尽管多年来Pt配合物已用于治疗癌症，但其作用机理一直在探索之中。随着近期基因研究的迅速发展，配合物与DNA相互结合、作用的研究已向定量、可控制方向发展。 图2配合物与DNA作用示意图 3化学与材料科学的结合 20世纪60年代，在美国出现了“材料科学与工程”这一新型学科，不久又创办了Materials Science&Engineering等相关学术刊物。“材料化学”是材料科学与传统化学这两大学科的结合，以基本化学原理和手段去系统地研究各类材料的制备、结构、性质及应用的交叉学科。近20年来，材料化学发展迅速，1989年和1991年美国、英国分别创办了著名的学术刊物Materials of Chemistry和Journal of Materials Chemistry。在国内，近十多年来材料化学科研、教育发展也较为迅速，截至2004年，已经开办或正积极筹办材料化学本科专业的高等学校已达百余所。 与此同时，另一大类新兴学科——纳米科学与技术也在悄然兴起并快速发展，根据2004年英国Chemistry World杂志中的相关评论,在此可回顾纳米科技发展的里程碑事件及基本轨迹,详见表1。 表1纳米科学与技术发展的主要历程 1959年美国学者、物理学诺贝尔奖得主Richard Feynman提出了纳米技术概念的雏形1974年日本东京大学学者Norio Taniguchi等确定了“nanotechnology”这一专用术语1981年IBM瑞士实验室的Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了隧道扫描显微镜（STM）1985年C60及富勒烯被发现1986年Gerd Binnig,Christoph Gerber和Calvin Quate发明了原子力显微镜（AFM）1986年Gerd Binnig和Heinrich Rohrer因发明STM获诺贝尔物理学奖1987年Charles Pedersen,Donald Cram和JeanMarie Lehn因在超分子领域的自组装研究获诺贝尔化学奖1991年日本NEC公司的Sumio Iijima制备出碳纳米管1996年Richard Smalley,Harry Kroto和Bob Curl因发现C60获诺贝尔化学奖1997年Paul Boyer,John Walker和Jens Skou因对纳米生物机器的研究获诺贝尔化学奖21世纪全面进入蓬勃发展阶段 纳米科学与技术所追求的目标之一是，实现已为人类所普遍使用的宏观、大型机械设备的超微型化。与宏观机械设备的制造一样，这些超微型机器设备的制造也必须建立在价廉物美的原材料基础上。如想象中的几何尺寸在微米级的潜水艇可用于治疗人类的癌症等疑难疾病，当此类潜水艇在人体中游弋时，它的动力系统、对癌细胞的探测系统——超微型计算机和攻击系统——超微型导弹都应是由几何尺寸更小的“纳米器件”构成的，这就不难理解纳米科技的前期与基础性工作——纳米材料研究的广泛性与重要性了，因为人类要首先制备出上述潜水艇所需要的纳米芯片、纳米导线、纳米发动机等。图3为瑞士科学家Grumelard等新近制备出的一种纳米管道,该管道系高分子物质制成,具有柔性,可注水。 图3一种新型高分子纳米管 可以预料，类似于金属材料（如钢铁）、无机材料（如水泥、陶瓷）、高分子材料（如塑料、化纤），大批量、低成本的纳米材料的生产，最终将依靠化学手段解决。因而，研究纳米材料与化学之间的内在联系，归纳化学在纳米材料研究中的基础性作
商品简介
全书共九章：第一章 纳米材料的重要特性、第二章 纳米材料的制备、第三章 纳米材料结构表征、第四章 纳米材料晶体学、第五章 纳米材料磁学、第六章 纳米材料电子学与光电子学、第七章 纳米材料生物学、第八章 自组装与超分子结构、第九章 重要的纳米材料。
作者简介
刘孝恒，南京理工大学，教授，自1994年7月起一直在南京理工大学材料化学实验室从事教学、科研工作。1986年7月在合肥师范学院（原安徽教育学院）获本科学历；1994年7月在中国科学技术大学获硕士学位；2000年3月在南京理工大学获博士学位；2002年3月，南京理工大学化学工程与技术博士后流动站出站；2004年度在澳大利亚国立大学进行合作研究；2009年上半年在英国曼彻斯特大学进行合作研究。近些年来的科研工作主要包括：以明胶作稳定剂制备纳米TiO2的研究；以聚乙二醇（PEG）作稳定剂低温制备TiO2纳米晶的研究；空气-水界面无机薄膜自组装的研究；与胶原蛋白有关的应用基础研究；人工合成高分子材料的改性研究。累计发表论文40多篇；近5年共获得国家科技进步二等奖，江苏省科技进步一等奖、二等奖各一次。
中国材料研究学会理事江苏省电镜学会理事中国化学会会员中国微纳米学会会员
目录
0 绪论纳米科技及发展简史1
01纳米科技与纳米材料1
02从诺贝尔奖中寻觅纳米科技发展的踪迹2
03从全球性一些重要科技期刊的发展史看纳米材料研究的旺盛活力5
04纳米材料学是一年轻但具有深厚积淀的学科6
思考题与习题6
参考文献7
第1章纳米材料的重要特性8
11纳米材料与纳米结构8
111关于纳米材料与纳米结构8
112纳米材料的微结构及品质评价9
12重要特性11
121表面与界面效应11
122小尺寸效应13
123量子尺寸效应14
124宏观量子隧道效应16
125纳米材料的可见光谱学16
思考题与习题19
参考文献20
第2章纳米材料的制备21
21关于纳米材料的制备21
22物理方法制备纳米材料22
221应用特殊的加热手段22
222气体冷凝法23
223等离子体法23
224机械研磨25
225高温高压法26
226原子能辐照26
23化学方法制备纳米材料27
231化学方法制备纳米材料的基本思想27
232化学沉积法30
233水热及溶剂热法32
234微乳液法34
235solgel法35
236气液固（VLS）法36
237纯粹固相化学反应法37
238其他的一些物理化学手段38
24一些纳米材料制备的研究进展39
241模板合成法40
242CVD法的延伸与拓展40
243solgel法的发展42
244相转移法44
思考题与习题45
参考文献46
第3章纳米材料结构表征47
31纳米材料结构的XRD表征47
311关于XRD谱图47
312谢乐公式48
313纳米薄膜的XRD表征50
32纳米材料结构的气体吸附法表征53
321比表面积的BET法测定53
322孔径分布测定55
33纳米材料结构的显微观察56
331纳米材料结构的电子显微观察57
332纳米材料结构表征的STM和AFM技术61
34XRD与TEM对纳米材料结构的综合分析66
341一次纳米粒子与二次纳米粒子66
342粒径分布67
343XRD与HRTEM67
344XRD与ED68
345有序结构纳米材料的表征71
思考题与习题73
参考文献74
第4章纳米材料晶体学76
41关于ZnO的六方晶型76
42表面缺陷77
43纳米晶体生长的取向性79
44纳米材料晶体学研究若干进展80
441纳米晶体表面原子数的计算80
442介晶结构82
443超晶格84
444锐钛矿型纳米TiO2晶体晶面的控制性生长86
445纳米催化剂活性因素研究及新进展89
思考题与习题90
参考文献90
第5章纳米材料磁学92
51有关磁学的一些基本概念93
511材料的磁性及居里温度93
512磁滞回线及相关概念95
513磁能、磁各向异性和磁畴95
52磁性纳米材料96
53纳米材料特殊的磁性质97
531各向异性97
532磁性长度98
533磁畴98
534超顺磁性101
535交换作用102
536居里温度103
思考题与习题104
参考文献105
第6章纳米材料电子学与光电子学106
61从计算机技术的发展过程谈起106
611计算机存储技术107
612计算机控制和运算技术109
62纳米材料电子学重要理论基础112
621单电子输运理论112
622弹道输运理论113
623压电效应113
63纳米材料电子学研究进展简介113
631纳米尺度集成电路发展的障碍及解决对策113
632纳米发电机115
64纳米材料光电子学简介115
641能隙115
642发光纳米半导体材料116
思考题与习题118
参考文献119
第7章纳米材料生物学120
71生物领域中的纳米材料和纳米结构120
711DNA的纳米结构121
712蛋白质的纳米结构121
713病毒122
714动植物界丰富的纳米结构125
72纳米机器126
721天然的纳米机器——DNA127
722生物分子马达127
73生物识别技术129
731基于纳米金的识别技术129
732量子点130
74纳米材料生物学研究进展132
741蛋白质结构形态的改变132
742核酸作模板制备纳米材料132
思考题与习题133
参考文献134
第8章自组装与超分子结构135
81超分子化学135
82自组装的概念136
83一些重要的超分子结构140
831单分子薄膜140
832金属有机化合物和配合物141
833有机物143
834其他151
思考题与习题153
参考文献154
第9章重要的纳米材料155
91单质156
911碳纳米材料156
912金属162
92二元无机非金属化合物162
921氧化物163
922硫化物166
923其他166
93二元金属纳米材料168
94其他无机化合物169
941硅酸盐纳米材料169
942钙钛矿型晶体170
943尖晶石型晶体171
944烧绿石型晶体172
95有机物174
思考题与习题175
参考文献177
第10章纳米材料的应用178
101金属纳米材料178
1011力学性能178
1012软磁性能179
1013催化性能179
1014储氢性能179
102磁性液体180
1021磁性液体及其性能180
1022磁性液体的应用180
103纳米复合材料180
1031在医学、生物领域中的应用181
1032纳米催化剂184
1033高分子/纳米复合材料186
104纳米器件与装置188
1041新型太阳能电池188
1042光催化190
1043传感器192
思考题与习题194
参考文献194
第11章纳米材料研究英文论文的写作及范例50句195
111 标题196
112摘要197
113前言199
114实验部分201
115结果和讨论202
116结论204
117其他部分205
思考题与习题206
参考文献207
附录部分思考题与习题参考答案209
内容摘要
全书共九章：第一章纳米材料的重要特性、第二章纳米材料的制备、第三章纳米材料结构表征、第四章纳米材料晶体学、第五章纳米材料磁学、第六章纳米材料电子学与光电子学、第七章纳米材料生物学、第八章自组装与超分子结构、第九章重要的纳米材料。
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