自组装纳米结构

第1章 导论1

第2章 合成自组装材料：原理和应用6

21 微观和宏观的相互作用6

211 分子间的相互作用能6

212 宏观相互作用能8

213 氢键、疏水作用和亲水作用9

22 表面活性剂和亲水性分子10

23 从分散状态到凝聚状态的转变：自组装的开始11

24 堆积几何：获得所需的自组装结构14

241 表面活性剂浓度的影响16

242 链长的影响16

243 共溶剂的影响16

244 盐和离子的影响17

25 自组装嵌段共聚物纳米结构17

26 液晶结构和无机材料的自组装19

261 阳离子表面活性剂和阴离子硅酸盐的相互作用22

262 其他表面活性剂、聚合物和陶瓷间的相互作用24

27 智能纳米材料26

271 分子识别26

272 响应性纳米材料34

参考文献39

第3章 自然界中纳米材料47

31 生物纳米材料中的多尺度有序和功能47

32 天然纳米材料的层次有序性48

321 生物世界中的基本“建筑材料”蛋白质48

322 骨组织中的层次结构49

323 贝壳复合矿物质51

33 生物纳米材料中有机相的多功能性52

331 对力学性能的贡献52

332 无机矿物质的分子直接自组装56

333 传感、制动和响应58

参考文献66

第4章 纳米晶体的自组装69

41 纳米晶体69

42 多面体纳米晶体的形状70

421 类立方体纳米晶体71

422 四面体纳米晶体72

423 八面体和平截八面体纳米晶体72

424 孪晶和堆垛层错73

425 多孪二十面体、十面体粒子74

426 类棒状纳米晶体的晶面形状76

427 表面缺陷77

428 纳米晶体的表面重构78

429 超微粒子和幻数79

43 纳米晶体的自组装81

431 表面钝化82

432 粒子间的键合84

44 粒子的溶液相自组装84

441 金属纳米晶体85

442 半导体纳米晶体86

443 金属磁性纳米晶体88

444 氧化物纳米晶体89

45 自组装技术91

451 单分散纳米晶体的尺寸选择91

452 具有固定尺寸/相的纳米粒子的组装92

453 纳米晶体自组装的生长机理92

46 自组装纳米晶体的性能94

47 模板辅助自组装97

471 纳米孔道阵列辅助自组装97

472 自组装的自然结构98

473 碳纳米管阵列的催化辅助生长98

474 QDs的应力驱动自组装99

48 小结100

参考文献100

第5章 纳米结构的表征106

51 X射线衍射106

511 自组装晶体学106

512 纳米晶体的结构107

52 扫描探针显微镜109

53 扫描电子显微镜111

54 透射电子显微镜114

541 像的形成114

542 衬度机理115

543 纳米晶体的形状117

544 自组装结晶学119

545 形状可控纳米晶体的自组装120

546 自组装的缺陷125

547 自组装结构的化学成像132

548 原位结构转变135

55 小结137

参考文献137

第6章 利用刻蚀技术制作纳米结构140

61 制作技术和纳米刻蚀140

62 X射线、电子束和离子束刻蚀技术141

621 X射线刻蚀技术142

622 电子束和离子束刻蚀技术142

63 纳米粒子的刻蚀技术143

64 扫描探针刻蚀技术146

641 分辨率和纳米制作146

642 以STM为基础的纳米刻蚀技术148

643 以AFM为基础的纳米刻蚀技术150

65 小结153

参考文献154

第7章 纳米结构的化学和光化学反应159

71 纳米材料的氧化还原电位159

711 量子尺寸限域效应159

712 表面效应160

713 光效应160

72 光化学和化学反应161

721 光化学反应161

722 无光化学反应162

73 光电化学反应163

74 光催化作用和环境方面的应用164

741 小无机物分子164

742 大有机分子165

743 水污染控制165

744 控制空气污染167

75 分子识别和表面特殊相互作用167

参考文献171

第8章 半导体纳米材料的光、电及动力学性质180

81 在低维体系中的能级和态密度180

811 能级180

812 态密度181

82 电子结构和电学性质182

821 纳米材料的电子结构182

822 电子-声子相互作用183

83 半导体纳米材料的光学性质184

831 吸收：直接和间接跃迁184

832 发射：光致发光和电致发光189

833 非线性光学性质192

834 单粒子波谱194

84 光学性质的应用197

841 激光器和发光二极管197

842 光伏打太阳能电池198

843 滤光器：光子带隙材料199

844 其他应用199

85 半导体纳米粒子的载流子动力学201

851 谱线宽度和电子退相201

852 电荷载流子弛豫202

853 电荷载流子俘获202

854 电子-空穴复合203

855 电荷转移209

参考文献213

第9章 金属纳米材料的光学、电学和动力学性质230

91 金属纳米粒子和组装体的静态吸收性质230

92 金属粒子发光234

93 表面增强拉曼散射235

94 谱线宽度和电子退相235

95 电子弛豫动力学236

96 电子-声子的相互作用237

97 金属纳米粒子的单一粒子波谱学238

98 金属纳米粒子应用238

参考文献239

第10章 纳米粒子组装体的电化学性质243

101 引言243

102 经典库仑阶跃现象244

103 纳米粒子量子化电容充电246

1031 单分子层保护纳米粒子的合成与分离246

1032 纳米粒子量子化电容充电行为250

1033 纳米粒子的自组装单分子层257

1034 纳米粒子量子化电容充电行为的溶剂效应258

1035 整流充电行为的电压控制263

1036 电子传递动力学264

104 纳米粒子的体相电化学272

1041 固态电导率272

1042 电活化功能基团273

105 结束语276

参考文献276