Nanomaterials Handbook

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出版者:CRC
作者:Gogotsi, Yury
出品人:
页数:800
译者:
出版时间:2006-01-26
价格:USD 149.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780849323089
丛书系列:
图书标签:
  • 纳米材料
  • 手册
  • 纳米材料
  • 材料科学
  • 纳米技术
  • 化学工程
  • 物理性质
  • 材料合成
  • 纳米结构
  • 功能材料
  • 前沿科技
  • 应用研究
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具体描述

Even before it was identified as a science and given a name, nanotechnology was the province of the most innovative inventors. In medieval times, craftsmen, ingeniously employing nanometer-sized gold particles, created the enchanting red hues found in the gold ruby glass of cathedral windows. Today, nanomaterials are being just as creatively used to improve old products, as well as usher in new ones. From tires to CRTs to sunscreens, nanomaterials are becoming a part of every industry. The Nanomaterials Handbook provides a comprehensive overview of the current state of nanomaterials. Employing terminology familiar to materials scientists and engineers, it provides an introduction that delves into the unique nature of nanomaterials. Looking at the quantum effects that come into play and other characteristics realized at the nano level, it explains how the properties displayed by nanomaterials can differ from those displayed by single crystals and conventional microstructured, monolithic, or composite materials. The introduction is followed by an in-depth investigation of carbon-based nanomaterials, which are as important to nanotechnology as silicon is to electronics. However, it goes beyond the usual discussion of nanotubes and nanofibers to consider graphite whiskers, cones and polyhedral crystals, and nanocrystalline diamonds. It also provides significant new information with regard to nanostructured semiconductors, ceramics, metals, biomaterials, and polymers, as well as nanotechnology's application in drug delivery systems, bioimplants, and field-emission displays. The Nanomaterials Handbook is edited by world-renowned nanomaterials scientist Yury Gogotsi, who has recruited his fellow-pioneers from academia, national laboratories, and industry, to provide coverage of the latest material developments in America, Asia, Europe, and Australia.

《微纳尺度材料科学导论》 本书旨在为读者提供一个全面且深入的微纳尺度材料科学入门,涵盖了从基础概念到前沿应用的广泛内容。我们相信,理解物质在微观和纳米尺度上的行为,是解锁其潜在应用的关键。 第一部分:微纳尺度材料科学的基础 本部分将带领您走进原子、分子构成的奇妙世界,探讨材料在微观和纳米尺度下展现出的独特物理、化学性质。 原子与分子基础: 我们将从原子结构和分子键合讲起,解释材料的宏观性质是如何由微观层面的相互作用决定的。您将学习到不同原子间相互作用的类型,如共价键、离子键、金属键和范德华力,以及它们如何影响材料的晶体结构、相变和机械性能。 纳米尺度效应: 深入剖析“小即是不同”的原理。我们将详细阐述表面积与体积比的急剧增大如何导致材料性质的根本性改变,例如表面吸附、催化活性、光学特性和电子传输行为。您将理解量子尺寸效应、表面能效应以及布朗运动等在纳米尺度下对材料性能的显著影响。 晶体结构与缺陷: 介绍常见晶体结构(如立方、六方、密堆积等)及其对材料性能的影响。同时,也将重点讲解晶体缺陷,包括点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、畴界),以及它们如何影响材料的强度、延展性、导电性和导热性。 相变与动力学: 探讨材料在不同温度、压力和组分下的相变过程,如固-液、固-固相变。我们将介绍相图的概念,以及扩散、形核和生长等动力学过程如何控制相变的发生和微观结构的形成。 第二部分:微纳尺度材料的制备与表征技术 本部分将聚焦于如何精确地控制和制造微纳尺度材料,以及如何准确地观察和分析它们的结构与性质。 制备方法概述: 自下而上法 (Bottom-up Methods): 重点介绍通过原子或分子的组装来构建材料的方法。包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、纳米晶体合成以及生物组装等。我们将详细阐述这些方法的原理、工艺流程、优点和局限性,以及它们如何实现对材料尺寸、形貌和结构的精确控制。 自上而下法 (Top-down Methods): 介绍通过对块体材料进行加工和减材来获得微纳尺度结构的方法。包括光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀(FIB)、研磨、抛光和超声波辅助制备等。我们将讨论这些技术的精度、效率以及在制造微器件和结构方面的应用。 表征技术精要: 显微技术: 详细介绍光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等成像技术。我们将解释它们的成像原理、分辨率极限、样品制备要求以及在观察材料形貌、表面结构和内部微观结构方面的应用。 谱学技术: 介绍X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、拉曼光谱、红外光谱(IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及核磁共振(NMR)等用于分析材料化学成分、晶体结构、电子态和化学键合的手段。 力学和电学性能表征: 探讨用于测量纳米材料机械性能(如纳米压痕、拉伸试验)和电学性能(如四探针法、霍尔效应测量)的技术,以及如何评估材料在微纳尺度下的传感、导电和驱动能力。 第三部分:微纳尺度材料在各领域的应用 本部分将展示微纳尺度材料在推动科技进步和改善人类生活方面所扮演的关键角色,并展望其未来的发展方向。 电子与信息技术: 介绍纳米材料在半导体器件、存储器、显示技术、光电器件(如LED、太阳能电池)和传感器领域的应用。我们将探讨纳米线、量子点、二维材料(如石墨烯)等如何提升器件性能、降低功耗并实现新的功能。 能源科学: 聚焦于微纳尺度材料在能源转化、存储和利用方面的贡献。例如,在催化剂(如燃料电池催化剂)、储能材料(如锂离子电池电极材料)、热电材料和高效光伏电池中的应用。 生物医学与健康: 探讨微纳材料在药物递送、疾病诊断(如生物传感器、纳米探针)、组织工程、医学成像和抗菌材料等方面的创新应用。我们将讨论纳米材料的生物相容性、可降解性以及它们如何实现靶向治疗和微创诊断。 环境科学与可持续发展: 关注微纳尺度材料在水处理(如吸附剂、催化剂)、空气净化、污染物降解、环境监测以及绿色化学过程中的作用。 先进制造与工程: 介绍微纳材料在轻质高强复合材料、耐磨损涂层、表面工程、微机电系统(MEMS/NEMS)以及3D打印等领域的应用。 本书特色: 概念清晰,逻辑严谨: 从基础知识出发,逐步深入,确保读者能够扎实掌握微纳尺度材料科学的核心概念。 技术全面,图文并茂: 结合大量精美的插图、图表和示意图,直观展示微纳结构和制备、表征过程。 应用广泛,紧跟前沿: 覆盖了当前微纳材料研究和应用的热点领域,并适时引入最新的科研进展。 理论与实践结合: 强调理论基础与实际操作的联系,为从事相关领域研究或工程的读者提供坚实的知识支撑。 无论您是初学者,还是希望深化对微纳尺度材料理解的研究者和工程师,《微纳尺度材料科学导论》都将是您探索这一激动人心领域的理想起点。

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读后感

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用户评价

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作为一个对科技发展史和未来趋势有着浓厚兴趣的读者,我希望《Nanomaterials Handbook》不仅能提供最新的科技信息,还能勾勒出纳米材料领域的发展脉络和未来图景。我希望书中能够回顾纳米科学和技术的发展历程,介绍那些奠定基础的里程碑式发现和关键人物。更重要的是,我期待书中能对纳米材料在未来几十年可能的发展方向和应用前景进行预测和分析,比如在人工智能、量子计算、太空探索等领域的潜在颠覆性作用。了解这些宏观趋势,有助于我更好地理解纳米技术在我们未来社会中所扮演的角色,以及它将如何影响我们的生活、工作和环境。此外,我也希望书中能提及纳米材料在可持续发展和环境保护方面的贡献,例如,如何利用纳米材料来解决环境污染问题、提高能源效率等,这同样是我非常关注的方面。

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我一直对材料的制备和加工工艺非常着迷,因此,在《Nanomaterials Handbook》中,我特别期待能够深入了解各种纳米材料的合成策略和控制技术。我希望书中能详细介绍从宏观原料到微观纳米结构的转化过程,并能解释不同制备方法(如自下而上法和自上而下法)的原理、特点和优势。例如,对于自下而上法,我希望能了解化学合成方法如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法以及气相沉积法等是如何精确控制纳米材料的尺寸、形貌和晶体结构的;对于自上而下法,我希望了解机械研磨、激光剥离等方法在制备纳米材料方面的应用。此外,我也对纳米材料的组装和排列技术非常感兴趣,例如,如何利用自组装技术将纳米粒子有序地排列在基底上,以构建具有特定功能的纳米器件或薄膜。掌握这些关键的制备和加工技术,对于理解和开发高性能的纳米材料至关重要。

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从电子信息产业的角度来看,我非常期待《Nanomaterials Handbook》能够深入剖析纳米材料在微电子、光电子以及信息存储等领域所带来的革命性影响。我希望书中能够详细介绍诸如单原子层材料(如石墨烯、二维过渡金属硫化物)的优异导电性和载流子迁移率如何为制造更小、更快、更节能的晶体管提供可能,以及纳米线和纳米点在传感器、LEDs和激光器中的应用。我还对纳米材料在信息存储方面的潜力充满兴趣,例如,纳米颗粒阵列如何用于实现高密度数据存储,以及磁性纳米颗粒在下一代磁存储技术中的作用。此外,我希望书中也能提及纳米材料在柔性电子、可穿戴设备以及人机交互界面等新兴领域的探索,这些应用无疑将极大地扩展电子产品的设计边界和功能多样性。了解这些前沿技术如何从实验室走向实际应用,将是阅读此书的一大乐趣。

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从跨学科研究的角度,我对《Nanomaterials Handbook》如何融合不同领域的知识感到特别好奇。纳米科学本身就是一个高度交叉的领域,它涉及物理、化学、材料科学、工程学、生物学,甚至计算机科学。我希望书中能够清晰地展现这些学科之间的联系,例如,物理学原理如何解释纳米材料的电子和光学性质,化学方法如何用于合成和修饰纳米材料,以及生物学知识如何指导纳米材料在生物医学领域的应用。我也期待书中能够提供一些关于纳米材料与其他前沿技术(如人工智能、大数据分析)相结合的案例,例如,如何利用机器学习来预测和优化纳米材料的性能,或者如何利用纳米技术来构建新型的人工智能硬件。这种跨学科的视角,能够帮助读者更全面地认识纳米技术,并激发新的研究思路和创新想法。

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作为一个对能源技术发展密切关注的读者,我非常期待《Nanomaterials Handbook》能够深入探讨纳米材料在新能源领域的广泛应用,特别是在太阳能电池、储能设备和催化技术方面。我相信,纳米材料的小尺寸效应和巨大的比表面积能够显著提高能源转换和存储的效率。对于太阳能电池,我希望书中能够详细介绍纳米材料如量子点、纳米线和钙钛矿材料如何被用于提高光吸收效率、电荷分离和传输能力,从而推动下一代光伏技术的进步。在储能设备方面,我期待了解石墨烯、碳纳米管以及金属氧化物纳米材料在锂离子电池、超级电容器等方面的应用,以及它们如何提高能量密度、功率密度和循环寿命。此外,纳米材料在催化领域,尤其是在清洁能源生产和环境保护中的作用也让我非常着迷,比如用于氢气生产、二氧化碳还原以及污染物降解的纳米催化剂。我希望书中能够提供一些具体的案例研究和最新的研究进展,让我对这些领域的潜力有更直观的认识。

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我个人对纳米材料在生物医学领域的应用抱有极大的热情,因此,在阅读《Nanomaterials Handbook》时,我最期待的部分无疑是关于纳米材料在疾病诊断、治疗和药物递送方面的探索。我希望能看到书中详细阐述纳米颗粒如何被设计用于靶向癌细胞,如何作为造影剂提高医学影像的精度,以及如何作为药物载体实现药物的缓释和靶向释放,从而减少副作用并提高疗效。例如,金纳米颗粒在光热治疗中的应用,磁性纳米颗粒在MRI造影和磁共振治疗中的潜力,以及聚合物纳米粒子的生物相容性和可降解性如何使其成为理想的药物递送系统,这些都是我非常感兴趣的细节。此外,我也想了解纳米材料在组织工程和再生医学中的作用,比如利用纳米支架来促进细胞生长和组织修复。当然,任何新兴技术的应用都离不开对其安全性和伦理问题的考量,希望书中也能触及纳米材料在生物体内的潜在毒性、降解产物以及相关的监管和伦理规范。

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我是一位对材料科学的理论基础和前沿探索都充满好奇的读者,因此,在翻阅《Nanomaterials Handbook》时,我特别关注书中关于纳米材料的物理和化学性质是如何由其原子、分子结构决定的。我希望书中能够解释诸如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应等在纳米尺度下产生的特殊现象,以及这些效应如何赋予纳米材料与宏观材料截然不同的性能。例如,为什么一些材料在纳米尺度下会表现出优异的导电性或光学特性,为什么它们的熔点会降低,以及它们的反应活性为何会显著增强。我还对纳米材料的表面化学和界面科学非常感兴趣,例如,如何通过表面修饰来调控纳米颗粒的稳定性、分散性和生物相容性,以及纳米材料在不同基底上的相互作用机制。此外,书中对各种纳米材料(如金属纳米颗粒、半导体纳米材料、碳基纳米材料、聚合物纳米材料等)的分类、结构特点和基本性质的系统性介绍,也将是我学习的重要内容。

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我通常在选择科技书籍时,会非常看重其内容的深度和广度,尤其是对于像《Nanomaterials Handbook》这样涵盖广泛的学科领域,作者的专业知识和写作功底显得尤为关键。我希望这本书不仅仅是罗列各种纳米材料的名称和性质,而是能够深入浅出地解析其背后的科学原理,例如,量子效应在纳米材料中的作用,不同维度纳米材料(如零维、一维、二维)的独特性质差异,以及这些性质是如何通过精密的合成和加工技术实现的。我还对纳米材料的制备技术非常感兴趣,希望书中能够详细介绍各种主流的制备方法,比如自组装、化学气相沉积、溶胶-凝胶法等等,并能对比它们各自的优缺点以及适用范围。此外,材料的表征技术也是理解和评价纳米材料不可或缺的一部分,期待书中能涵盖各种先进的表征手段,如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及各种光谱分析技术,并解释它们如何帮助我们洞察纳米材料的结构、形貌和化学成分。

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我尤其关注材料的力学性能和结构稳定性,因此,在阅读《Nanomaterials Handbook》时,我非常期待能够了解纳米材料在力学方面的独特性质以及它们在结构工程中的应用潜力。我希望书中能够详细阐述纳米材料如何通过精密的结构设计和成分调控,实现超轻、超强、超韧等优异的力学性能,例如,碳纳米管和石墨烯的极高拉伸强度和弹性模量。我还想了解纳米复合材料的制备和性能,比如如何将纳米颗粒均匀地分散在聚合物基体中,以显著提高复合材料的强度、刚度和耐磨性。此外,我希望书中能够提供一些纳米材料在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域的实际应用案例,展示它们如何被用于制造更轻便、更安全、更耐用的结构部件。理解纳米材料的力学行为,对于设计和开发高性能的结构材料至关重要。

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这本书的封面设计相当引人注目,采用了深邃的蓝色背景,上面点缀着错综复杂的纳米结构图案,光影交错间仿佛展现了物质在微观尺度下的奇妙世界。光是看到封面,就激起了我对纳米材料领域的好奇心,让我迫不及待地想翻开它,去探索那些隐藏在肉眼看不见的微小粒子中的巨大能量和无限可能。我一直对科学技术的发展趋势非常关注,尤其是那些能够颠覆现有技术、重塑我们生活方式的领域,而纳米技术无疑是其中最令人兴奋的一支。从更轻更强的材料到更高效的能源转换,从精准的药物输送系统到革命性的电子设备,纳米材料的应用前景似乎无处不在。我期待这本书能够为我打开一扇通往这个前沿领域的窗户,让我能够更清晰地理解纳米材料的原理、制备方法、表征技术以及它们在各个领域的具体应用。尤其想了解的是,作者是如何将如此复杂和抽象的科学概念,用一种易于理解且引人入胜的方式呈现出来的,毕竟,科学知识的普及和传播同样至关重要。

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