Introduction To Nanoscale Science And Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Di Ventra, Massimiliano (EDT)/ Evoy, Stephane (EDT)/ Heflin, James R. (EDT)

出品人:

页数:611

译者:

出版时间:

价格:951.00元

装帧:HRD

isbn号码:9781402077203

丛书系列:

图书标签:

• 纳米科学
• 纳米技术
• 纳米材料
• 纳米尺度
• 科学
• 技术
• 材料科学
• 物理学
• 化学
• 工程学

《纳米尺度科学与技术导论》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的纳米尺度科学与技术领域入门指南。它不仅系统地介绍了构成这一前沿学科的基础理论知识，还详细阐述了当前最活跃的研究方向、关键技术以及未来的发展潜力。全书结构严谨，内容翔实，力求在理论与应用之间搭建起一座坚实的桥梁。 第一部分：纳米科学的基础原理 本书首先从物理学和化学的基本原理出发，深入剖析了宏观世界与纳米世界之间的本质区别。尺寸效应是核心议题之一，我们将探讨当物质的特征尺寸进入1到100纳米范围时，其电子结构、光学特性、磁学行为以及热力学性质如何发生显著变化。量子尺寸效应、表面效应和量子隧穿效应是理解纳米材料特殊性能的关键。 量子力学基础部分将回顾必要的量子力学概念，如薛定谔方程的应用，以及在纳米尺度下波函数如何描述电子的局域化和能级结构。我们会详细讨论电子能带理论在描述半导体、金属和绝缘体纳米结构（如量子点、纳米线）中的应用。 表面与界面物理化学是纳米科学的另一基石。表面原子与体相原子在化学键合、能量状态和反应活性上的巨大差异，决定了纳米材料的催化、传感和生物相容性。本书将深入探讨表面能、表面张力、以及范德华力、静电力等在纳米尺度上占主导地位的相互作用力。 第二部分：纳米材料的合成与表征技术 纳米材料的特殊性能依赖于精确的结构控制。本部分将系统介绍当前主流的自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）合成策略。 在自上而下方法中，我们将重点讨论机械研磨法、光刻技术（包括紫外光刻、电子束光刻和聚焦离子束刻蚀）在制备纳米结构阵列中的应用和局限性。 自下而上方法，作为构建复杂纳米器件和功能材料的首选路径，将占据较大篇幅。这包括： 1. 化学气相沉积（CVD）与原子层沉积（ALD）： 详细解析不同气相前驱物在衬底上的反应机理，以及如何通过精确控制沉积参数实现原子级的薄膜厚度调控。 2. 湿化学合成法： 重点介绍溶胶-凝胶法、热解法，以及用于制备特定形貌纳米粒子的沉淀法和模板法。特别地，针对量子点、纳米棒和纳米片的溶液合成路线，如高温热解法（Hot Injection Method），将进行深入的机理探讨。 3. 自组装技术： 探讨分子间作用力如何驱动无序单元形成有序的超分子结构和周期性纳米阵列，包括分子自组装、嵌段共聚物相分离等。 材料的表征是验证合成成功与否的关键环节。本书将详细介绍并对比几种核心表征手段： 电子显微学： 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的成像原理、高分辨（HRTEM）分析以及能量色散X射线谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）在元素分析和化学态识别中的应用。 光谱学技术： 拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）如何用于确定材料的晶体结构、化学键合环境和表面官能团。 表面形貌分析： 扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）在原子尺度成像和力学性能测量方面的独特优势。 第三部分：纳米器件与交叉应用 在掌握了基础知识和合成表征技术后，本书将视野扩展到纳米技术在各个领域的实际应用，重点突出其如何解决传统技术面临的瓶颈。 1. 纳米电子学与信息存储： 探讨了半导体纳米线作为下一代晶体管沟道的潜力，分析其在提高器件集成度和降低功耗方面的优势。量子点和分子器件在超越冯·诺依曼架构（如量子计算和新型存储器，如RRAM/MRAM）中的研究进展将被详细介绍。 2. 纳米光子学与光学器件： 着重阐述表面等离子激元共振（SPR）现象，以及如何利用金属纳米结构（如纳米天线、超表面）对光进行亚波长尺度的操控，包括新型的光学滤波器、光捕获技术和超分辨成像。 3. 生物医学与健康： 这是当前纳米技术应用最活跃的领域之一。本书将聚焦于靶向药物递送系统，讨论聚合物胶束、脂质体和无机纳米载体（如介孔二氧化硅纳米粒子）的设计原则和体内药代动力学。此外，纳米传感器、生物成像探针（如荧光量子点）以及它们在早期疾病诊断中的应用也将被详细论述。 4. 能源技术： 从纳米角度优化能源转化和存储效率。在太阳能电池方面，我们将分析钙钛矿纳米晶体和低成本量子点如何提高光电转换效率。在储能领域，高性能锂离子电池和超级电容器的电极材料如何通过纳米化设计（例如，高比表面积的金属氧化物、碳纳米管复合材料）来提升充放电速率和循环稳定性。 第四部分：环境与安全挑战 本书的最后一部分对纳米技术的社会影响进行了审慎的评估。我们将讨论纳米毒理学的基本概念，包括纳米颗粒的生物相容性、细胞摄取机制、潜在的器官富集风险以及相应的安全处理规范。同时，纳米材料在水净化（如高效吸附剂）和催化降解污染物方面的环境修复应用也将作为积极的解决方案被探讨。 总结与展望： 本书最终展望了纳米科学与技术在人工智能、柔性电子以及可持续发展领域的前沿交叉点，鼓励读者以跨学科的视角迎接未来的科研挑战。本书适合作为材料科学、化学工程、物理学、生物医学工程等专业高年级本科生及研究生的教材或参考书。通过本书的学习，读者将能够系统地掌握纳米科技领域的核心知识体系，并具备分析和设计新型纳米材料与器件的能力。

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