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第一篇 绪论3

第1章 纳米科技研究方法3

1.1 科学方法研究3

1.1.1 关于科学方法3

1.1.2 科学方法的分类4

1.1.3 科学方法的主要内容6

1.1.4 科学方法的发展历程14

1.1.5 研究科学方法的意义15

1.2 科技发展的新时代16

1.2.1 科学发展的变革时期17

1.2.2 科技发展的机遇19

1.3 科技面临的新问题23

1.3.1 原子团特性24

1.3.2 量子效应26

1.3.3 尺寸效应29

1.3.4 维数效应33

1.3.5 相位相干34

1.3.6 单电子行为37

1.3.7 量子比特40

1.3.8 多场调控41

1.4 多学科交叉的研究方法41

1.4.1 纳米结构的复杂性41

1.4.2 多尺度与界面42

1.4.3 大学科交叉43

1.5 纳米科技研究方法的发展趋势44

1.5.1 NBIC汇聚技术45

1.5.2 分子电子学的难题47

1.5.3 生物电子学50

1.5.4 智能电路与人造物种52

参考文献55

第二篇 纳米材料制备篇59

第2章 纳米材料的液相制备方法59

2.1 烧杯中的化学59

2.2 水相合成62

2.2.1 半导体纳米粒子62

2.2.2 贵金属纳米粒子65

2.2.3 金属氧化物纳米材料67

2.2.4 磁性纳米材料68

2.3 有机相合成69

2.3.1 半导体纳米材料69

2.3.2 贵金属纳米材料71

2.3.3 金属氧化物纳米材料73

2.3.4 磁性纳米材料74

2.4 界面合成76

参考文献79

第3章 一维纳米材料的气相合成83

3.1 气相合成方法的分类83

3.2 化学气相沉积方法制备碳纳米管84

3.2.1 化学气相沉积方法在碳纳米管研究中的应用84

3.2.2 化学气相沉积方法制备碳纳米管的实验装置及条件84

3.2.3 化学气相沉积方法制备碳纳米管机理研究85

3.2.4 化学气相沉积方法制备多壁碳纳米管的研究进展86

3.2.5 化学气相沉积方法制备单壁碳纳米管的研究进展90

3.3 化学气相沉积方法制备纳米线94

3.3.1 化学气相沉积方法在纳米线研究中的应用94

3.3.2 化学气相沉积方法在氧化锌纳米线研究中的应用95

3.3.3 氧化锌纳米线的生长机理97

3.3.4 氧化锌纳米线的性能及应用102

3.4 物理气相沉积方法在纳米器件研究中的应用105

参考文献106

第4章 自组装方法和技术110

4.1 自组装的驱动力——非共价作用111

4.1.1 静电作用111

4.1.2 范德华力112

4.1.3 氢键112

4.1.4 π-π堆积作用113

4.1.5 疏水作用113

4.2 分子和纳米粒子的自组装114

4.2.1 两亲性组装单元的自组装114

4.2.2 纳米粒子的自组装118

4.2.3 手性超分子组装121

4.2.4 多尺度、多级次组装126

4.3 分子和纳米粒子受限环境中的组装127

4.3.1 气／液界面的自组装128

4.3.2 固／液界面的自组装130

4.3.3 图案化组装132

4.4 结论与展望134

参考文献134

第三篇 纳米表征技术篇139

第5章 扫描探针显微技术139

5.1 扫描隧道显微镜141

5.1.1 工作原理141

5.1.2 结构分辨率142

5.1.3 扫描隧道谱148

5.2 原子力显微镜151

5.2.1 工作原理151

5.2.2 结构分辨率153

5.2.3 单分子力谱155

5.3 静电力显微镜156

5.3.1 静电力显微镜工作原理156

5.3.2 静电力显微镜的应用157

5.4 磁力显微镜161

5.4.1 磁力显微镜工作原理161

5.4.2 磁力显微镜的应用162

5.5 SPM操纵与加工163

5.5.1 原子／分子操纵163

5.5.2 加工和刻蚀164

参考文献165

第6章 单分子和单粒子检测技术168

6.1 单分子研究方法168

6.1.1 单分子的扫描隧道显微研究168

6.1.2 基于原子力显微技术的单分子研究175

6.1.3 平面电极隧道结技术180

6.2 单个纳米结构的电、磁、热、光学性质测量184

6.2.1 纳米材料的电学性质184

6.2.2 纳米材料的磁学性质186

6.2.3 纳米材料的热学性质188

6.2.4 纳米材料的光学性质190

参考文献194

第7章 分子影像技术197

7.1 分子影像学的基本原理与方法198

7.1.1 分子影像学的概念、任务与特点198

7.1.2 分子影像探针201

7.1.3 分子影像信号放大技术205

7.1.4 分子影像设备及其相关技术206

7.2 超声分子影像技术208

7.2.1 超声分子成像的基本原理208

7.2.2 超声分子影像设备209

7.2.3 超声分子影像造影剂209

7.3 磁共振分子影像技术210

7.3.1 磁共振分子成像的基本原理210

7.3.2 磁共振分子影像设备211

7.3.3 磁共振分子影像探针212

7.4 核医学分子影像技术213

7.4.1 核医学分子成像的基本原理213

7.4.2 核医学分子影像设备213

7.4.3 核医学分子影像探针214

7.5 光学分子影像技术215

7.5.1 光学分子成像的基本原理215

7.5.2 光学分子影像设备216

7.5.3 光学分子影像探针216

7.6 多模式分子影像技术217

7.6.1 多模式分子影像设备217

7.6.2 多模式分子影像探针218

7.7 基于分子影像的诊断与治疗相结合的综合技术219

7.7.1 分子影像探针携带药物219

7.7.2 分子影像药物治疗评估220

7.7.3 分子影像药物筛选221

7.8 小结223

参考文献223

第8章 纳米标准与计量227

8.1 纳米技术标准化227

8.1.1 纳米技术领域名词术语的标准化228

8.1.2 纳米测量与表征标准化233

8.1.3 纳米环境、健康与安全237

8.2 纳米标准物质与标准样品241

8.2.1 纳米尺度基本几何量的标准物质241

8.2.2 纳米材料与性能标准物质／样品243

8.3 纳米计量研究245

8.3.1 纳米几何量标准物质特性量值的计量定值246

8.3.2 纳米计量仪器252

8.3.3 其他纳米计量254

参考文献254

第四篇 纳米加工与器件篇第9章 传统纳米加工技术257

9.1 聚焦电子束方法257

9.1.1 聚焦电子束的产生和操控——电子光学257

9.1.2 电子束与物质的相互作用259

9.1.3 聚焦电子束在纳米科技中的应用260

9.2 聚焦离子束方法272

9.2.1 离子与物质的相互作用273

9.2.2 离子束聚焦的基本原理273

9.2.3 聚焦离子束系统的基本结构278

9.2.4 聚焦离子束系统的组成279

9.2.5 聚焦离子束方法在纳米科学研究中的应用282

参考文献293

第10章 特色纳米加工技术297

10.1 微接触印刷技术297

10.1.1 微接触印刷技术简介297

10.1.2 微接触印刷技术的各种变体301

10.1.3 微接触印刷技术的应用303

10.2 纳米压印技术304

10.2.1 纳米压印技术的原理及分类304

10.2.2 纳米压印技术的各个组成部分306

10.2.3 纳米压印模式的发展308

10.2.4 纳米压印技术的应用310

10.3 浸蘸笔纳米印刷技术310

10.3.1 DPN技术的组成部分311

10.3.2 DPN技术的发展313

10.3.3 DPN技术的应用315

参考文献318

第11章 多光子超衍射三维纳米加工技术321

11.1 多光子超衍射纳米加工基本原理321

11.1.1 多光子吸收过程的物理效应321

11.1.2 多光子超衍射纳米加工中的材料设计324

11.2 多光子超衍射纳米加工技术326

11.2.1 多光子超衍射纳米加工系统与方法326

11.2.2 多光子加工分辨率328

11.2.3 多焦点并行加工技术330

11.3 多光子超衍射纳米加工技术的应用331

11.3.1 微尺度光子学器件331

11.3.2 微机械与微流控334

11.3.3 功能材料的多光子微／纳加工335

11.4 多光子超衍射三维纳米加工技术研究中所面临的问题及发展方向338

11.4.1 多光子超衍射三维纳米加工物理机制与新原理发现339

11.4.2 多光子超衍射三维纳米加工材料扩展与功能化339

11.4.3 多光子超衍射三维纳米加工技术的应用340

11.4.4 微／纳结构的大面积快速制备技术340

参考文献340

第五篇 纳米尺度的理论方法篇第12章 纳米结构的理论模拟方法347

12.1 纳米体系电子结构348

12.2 理论建模——光学性质350

12.2.1 金属／介电材料光学性质简介350

12.2.2 半导体材料光学性质简介352

12.3 理论建模——输运性质354

12.3.1 稳态输运理论355

12.3.2 含时输运：Tien-Gorden方法359

12.4 数值模拟方法360

12.4.1 打靶法360

12.4.2 Hartree方法与Hartree-Fock方法360

12.4.3 密度泛函理论361

12.4.4 分子动力学362

12.4.5 有限时域差分方法363

12.5 小结363

参考文献364