纳米材料化学简明教程

￥29.75

运费：	¥ 6.00-9.00
库存：	300 件

立即购买

支付：: 微信支付银行卡支付宝

商品详情

【内容简介】

作者结合自己多年的教学和科研积累，同时注意学习、借鉴国内外先进经验，并在作者之前的专著、教材基础上，编写了本教材。书中介绍了一些与纳米材料有关的知识，涉及无机化学、物理化学、有机化学、生物化学和高分子化学等学科，故可称为纳米材料化学。本书具有以下3个特点：

(1)知识介绍的系统性——书中内容基本覆盖了纳米材料研究中所关注的主要领域，最后还有纳米材料科技论文英文撰写方面的知识介绍；

(2)知识介绍的梯度性——既有较多基础性的知识介绍，也有部分科研新进展、新概念等提高性的内容；

(3)知识介绍的趣味性——注重形象化比喻，并时常引入人文科学、美学等方面的知识，各章均附有一些相关插图。

本书可作材料和其他相关专业的教科书或教学参考书，适合硕士、博士研究生和高年级本科生的学习，每章均有习题和思考题，并附有参考答案。

最后还需要指出的是，为方便课堂教学、课程学习，本书附有图文并茂、内容丰富的ppt文件，共计400多页，可满足2学分的课堂教学和课程学习。作为本教材的重要组成部分，这些电子文档中的内容主要来自于纸质教材，同时还有其他补充，该电子课件形式也不拘泥于纸质教材。

【前言】

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JeanMarie 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用是极其必要的。

图4近代化学的发展趋向以及纳米材料在化学中的渗透

本书选取了近期国内外相关研究成果，并结合我们自己的研究工作，努力使读者较为全面、深刻地理解化学学科中的各主要分支在纳米材料研究领域中的具体应用。

图4反映出我们对目前化学发展趋势的思考，纳米材料研究的迅速崛起有力地推动了化学的发展,纳米材料化学可谓是一门新上加新的学科专业，虽然处于初级阶段，却已形成了一个庞大的知识体系，覆盖了近代化学中的几乎每一个主要领域。由于编著者学识有限，在此教材编写过程中，难以一一顾及众多知识体系，疏漏和错误在所难免，敬请读者指教。另外，编著者还要特别感谢陆路德、杨绪杰、朱俊武、江晓红等多位教授在此教材编写过程中予以的多方面帮助和支持。

编著者

【目录】

0 绪论纳米科技及发展简史1

0 1纳米科技与纳米材料1

0 2从诺贝尔奖中寻觅纳米科技发展的踪迹2

0 3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

0 4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

1 1纳米材料与纳米结构8

1 1 1关于纳米材料与纳米结构8

1 1 2纳米材料的微结构及品质评价9

1 2重要特性11

1 2 1表面与界面效应11

1 2 2小尺寸效应13

1 2 3量子尺寸效应14

1 2 4宏观量子隧道效应16

1 2 5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

2 1关于纳米材料的制备21

2 2物理方法制备纳米材料22

2 2 1应用特殊的加热手段22

2 2 2气体冷凝法23

2 2 3等离子体法23

2 2 4机械研磨25

2 2 5高温高压法26

2 2 6原子能辐照26

2 3化学方法制备纳米材料27

2 3 1化学方法制备纳米材料的基本思想27

2 3 2化学沉积法30

2 3 3水热及溶剂热法32

2 3 4微乳液法34

2 3 5solgel法35

2 3 6气液固（VLS）法36

2 3 7纯粹固相化学反应法37

2 3 8其他的一些物理化学手段38

2 4一些纳米材料制备的研究进展39

2 4 1模板合成法40

2 4 2CVD法的延伸与拓展40

2 4 3solgel法的发展42

2 4 4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

3 1纳米材料结构的XRD表征47

3 1 1关于XRD谱图47

3 1 2谢乐公式48

3 1 3纳米薄膜的XRD表征50

3 2纳米材料结构的气体吸附法表征53

3 2 1比表面积的BET法测定53

3 2 2孔径分布测定55

3 3纳米材料结构的显微观察56

3 3 1纳米材料结构的电子显微观察57

3 3 2纳米材料结构表征的STM和AFM技术61

3 4XRD与TEM对纳米材料结构的综合分析66

3 4 1一次纳米粒子与二次纳米粒子66

3 4 2粒径分布67

3 4 3XRD与HRTEM67

3 4 4XRD与ED68

3 4 5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

4 1关于ZnO的六方晶型76

4 2表面缺陷77

4 3纳米晶体生长的取向性79

4 4纳米材料晶体学研究若干进展80

4 4 1纳米晶体表面原子数的计算80

4 4 2介晶结构82

4 4 3超晶格84

4 4 4锐钛矿型纳米TiO2晶体晶面的控制性生长86

4 4 5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

5 1有关磁学的一些基本概念93

5 1 1材料的磁性及居里温度93

5 1 2磁滞回线及相关概念95

5 1 3磁能、磁各向异性和磁畴95

5 2磁性纳米材料96

5 3纳米材料特殊的磁性质97

5 3 1各向异性97

5 3 2磁性长度98

5 3 3磁畴98

5 3 4超顺磁性101

5 3 5交换作用102

5 3 6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

6 1从计算机技术的发展过程谈起106

6 1 1计算机存储技术107

6 1 2计算机控制和运算技术109

6 2纳米材料电子学重要理论基础112

6 2 1单电子输运理论112

6 2 2弹道输运理论113

6 2 3压电效应113

6 3纳米材料电子学研究进展简介113

6 3 1纳米尺度集成电路发展的障碍及解决对策113

6 3 2纳米发电机115

6 4纳米材料光电子学简介115

6 4 1能隙115

6 4 2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

7 1生物领域中的纳米材料和纳米结构120

7 1 1DNA的纳米结构121

7 1 2蛋白质的纳米结构121

7 1 3病毒122

7 1 4动植物界丰富的纳米结构125

7 2纳米机器126

7 2 1天然的纳米机器——DNA127

7 2 2生物分子马达127

7 3生物识别技术129

7 3 1基于纳米金的识别技术129

7 3 2量子点130

7 4纳米材料生物学研究进展132

7 4 1蛋白质结构形态的改变132

7 4 2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

8 1超分子化学135

8 2自组装的概念136

8 3一些重要的超分子结构140

8 3 1单分子薄膜140

8 3 2金属有机化合物和配合物141

8 3 3有机物143

8 3 4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

9 1单质156

9 1 1碳纳米材料156

9 1 2金属162

9 2二元无机非金属化合物162

9 2 1氧化物163

9 2 2硫化物166

9 2 3其他166

9 3二元金属纳米材料168

9 4其他无机化合物169

9 4 1硅酸盐纳米材料169

9 4 2钙钛矿型晶体170

9 4 3尖晶石型晶体171

9 4 4烧绿石型晶体172

9 5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

10 1金属纳米材料178

10 1 1力学性能178

10 1 2软磁性能179

10 1 3催化性能179

10 1 4储氢性能179

10 2磁性液体180

10 2 1磁性液体及其性能180

10 2 2磁性液体的应用180

10 3纳米复合材料180

10 3 1在医学、生物领域中的应用181

10 3 2纳米催化剂184

10 3 3高分子/纳米复合材料186

10 4纳米器件与装置188

10 4 1新型太阳能电池188

10 4 2光催化190

10 4 3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

11 1 标题196

11 2摘要197

11 3前言199

11 4实验部分201

11 5结果和讨论202

11 6结论204

11 7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

【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。