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第1章　纳米科学与技术中的纳米材料1

1.1 什么是纳米材料1

1.1.1 从基本单元到固态的转变1

1.1.2 量子限制1

目录1

1.1.3 催化特性的尺寸与形状依赖性2

1.1.4 奇妙的力学性质2

1.1.5 独特的磁学性质2

1.1.6 依赖于晶体-形状的热力学性质2

1.1.7 用于光电子学的半导体量子点3

1.1.8 纳米电子学的量子器件3

1.1.9　碳富勒烯和碳纳米管4

1.1.10 纳米晶的有序自组装4

1.1.11 用于光活性器件与电路的光子晶体4

1.2 纳米材料的表征5

1.1.12 用于低介电损耗和催化剂的介孔材料5

1.3 概述7

参考文献7

第2章　纳米粒子的XRD表征10

2.1 引言10

2.2　X射线源11

2.3 大角X射线衍射12

2.3.1 小粒子的衍射12

2.3.2　纳米微粒衍射特征12

2.3.3 纳米晶粒衍射花样的直接分析16

2.3.4　技术上的考虑18

2.4　扩展X射线吸收谱20

2.4.1　X射线吸收谱20

2.4.2 EXAFS21

2.4.3 应用于纳米晶粒的数据分析23

2.4.4 数据处理中的棘手问题27

2.5 结论28

参考文献29

第3章　纳米粒子的透射电子显微分析与光谱分析31

3.1　透射电子显微镜31

3.2 高分辨率透射电镜晶格成像32

3.2.1 像的形成32

3.2.2　衬度机制33

3.2.3　像的解释34

3.2.4 图像模拟35

3.3　纳米材料中的缺陷38

3.3.1 纳米颗粒的多面体形状38

3.3.2 表面重构39

3.3.3 孪晶结构和堆垛层错42

3.3.4 十面体和二十面体晶粒42

3.4 电子全息术43

3.3.5　界面缺陷和位错43

3.4.1 TEM中离轴全息术的原理44

3.4.2　静电场和电荷分布成像44

3.4.3　磁畴和磁通线成像45

3.5　原位显微术46

3.5.1 纳米晶粒的热力学性质46

3.5.2 电场驱动的现象47

3.6 纳米粒子的电子能量损失谱分析48

3.6.1　价激发光谱分析51

3.6.2　定量纳米分析53

3.6.3 近边精细结构以及过渡金属氧化物中的键合54

3.7 能量过滤电子成像56

3.7.1　TEM中能量过滤56

3.7.2 用内层电离边形成组分敏感图像57

3.7.3 用精细边结构描述键合和价态58

3.8 自组装纳米晶体超晶格结构59

3.7.4 能量分散X射线显微分析59

3.8.1 粒子形状和组装晶体学60

3.8.2 纳米晶自组装中交叉分子键合60

3.9 总结62

参考文献62

第4章　纳米粒子的扫描透射电子显微术65

4.1 STEM及相关技术导论65

4.2 STEM仪器68

4.2.1 专用的STEM及其在TEM中的STEM附件68

4.2.2 STEM仪器原理概述69

4.3 高能电子成像70

4.3.1 互易性（对易性）原理70

4.3.2 理论背景71

4.3.3 高分辨明场和暗场扫描透射电子显微镜成像73

4.3.4 大角亮场成像74

4.3.5 环形暗场和高角度环形暗场的成像76

4.3.6 薄环形的探测器和其他配置的探测器80

4.3.7 纳米粒子的尺寸及分布测量81

4.4 相干电子纳米衍射83

4.4.1 α≤θB时相干电子纳米衍射84

4.4.2 α＞θB时相干电子纳米衍射87

4.4.3 α？θB时相干电子纳米衍射88

4.5 二次电子成像89

4.5.1　二次电子发射89

4.5.2　二次电子探测90

4.5.3 二次电子图像的分辨率与衬度91

4.5.4 小粒子的图像衬度92

4.6　俄歇电子成像94

4.6.1 高空间分辨率俄歇电子谱94

4.6.2 高空间分辨率扫描俄歇显微镜95

4.6.3　分辨率极限97

4.6.4　探测灵敏度98

4.7 能量损失电子和X射线的纳米分析99

4.7.1 电子能量损失谱99

4.7.2 X射线能量分散谱100

4.7.3 EELS与XEDS纳米分析比较102

4.8　小结102

参考文献104

第5章　纳米团簇的扫描探针显微术107

5.1　引言107

5.2　技术基础107

5.3 实验方法和数据解释110

5.3.1 STM/STS110

5.3.2　扫描力显微镜111

5.3.3 扫描近场显微镜113

5.4.1 单个纳米团簇114

5.4 纳米材料表征的应用114

5.4.2 二维排列纳米团簇结构119

5.4.3 基于SPM的金属纳米团簇沉积和操作124

5.4.4 纳米团簇体系中的扫描隧道谱125

5.4.5 纳米团簇的扫描近场显微镜学和近场谱学128

5.5　局限性与展望130

参考文献130

第6章　纳米材料的电学和电化学分析134

6.1 引言134

6.2　纳米结构电极的制备135

6.2.1　粉末微电极135

6.2.2 电沉积或电泳沉积136

6.2.3　聚合物中纳米粒子的形成137

6.2.4 电化学自组装138

6.3.1 阻抗谱139

6.3 电化学技术原理139

6.2.6　纳米粒子复合电极139

6.2.5　介孔电极139

6.3.2 电势扫描方法144

6.3.3 电势阶跃方法148

6.3.4 可控电流技术149

6.3.5 电化学石英晶体微量天平152

6.4　纳米结构电极的应用155

6.4.1 电池电极材料可逆性的表征155

6.4.2　传输特性的表征156

6.5 小结157

参考文献158

第7章　纳米材料光谱学160

7.1　引言160

7.3.1 金纳米粒子等离子体吸收的尺寸和形状依赖性162

7.3　金属纳米结构162

7.2 实验162

7.3.2 金纳米粒子的电子动力学166

7.3.3 铂纳米粒子在生长过程中的光学性能172

7.4　半导体的纳米结构178

7.4.1 CdS量子点和界面电荷转移动力学179

7.4.2　胶体CdSe量子点181

7.4.3　核壳异质纳米结构189

参考文献196

第8章 自组装纳米结构材料的核磁共振表征200

8.1 引言200

8.2 固态NMR的基本原理202

8.2.1 化学位移相互作用202

8.2.2　偶极-偶极相互作用203

8.2.3 电四极相互作用203

8.3.1　相的鉴别204

8.3 NMR在自组装材料表征中的应用204

8.3.2　链的构象205

8.3.3　界面键合208

8.4　材料的设计、表征和性质211

8.5　结论213

参考文献214

第9章　单半导体纳米结构的光致发光216

9.1　引言216

9.2　样品制备217

9.3　单纳米晶体成像218

9.4　极化光谱219

9.5 单纳米晶体光谱223

9.6　光谱的扩散224

9.7 大光谱扩散转换227

9.8　斯塔克光谱229

9.9　结论236

参考文献237

第10章　纳米磁性239

10.1 引言239

10.2　磁性的基本概念240

10.2.1　原子的磁性240

10.2.2　铁磁体241

10.2.3 海森伯哈密顿函数和局域磁矩242

10.2.4　分子场近似242

10.2.5 巡游铁磁性：铁基金属243

10.2.6　定域磁性：镧系金属244

10.2.7 交换245

10.3　低维体系的磁性245

10.3.1　表面磁性245

10.3.2 小粒子的磁各向异性和磁畴245

10.3.3　超顺磁性246

10.4.1 带有极化分析仪的扫描电镜247

10.4　纳米尺度磁性粒子的微观表征247

10.4.2 Lorentz显微术248

10.4.3　全息术249

10.4.4 自旋极化扫描隧道显微术249

10.4.5　磁力显微术250

10.4.6　微观超导量子干涉装置与微观霍尔法251

10.4.7　近场法251

10.5 纳米磁性体系的磁特性251

10.5.1　磁性束中的铁磁团簇251

10.5.2 单分散Co纳米晶体组装254

10.5.3 磁化作用的量子隧道255

10.5.4 巨磁阻纳米结构256

参考文献256

11.1　引言258

第11章　金属氧化物与金属硫化物的纳米晶体与纳米结构258

11.2 湿化学法制备纳米晶体——合成与表征总论259

11.3　硫化物纳米晶体261

11.3.1　CdS模型体系261

11.3.2　前体的重要性262

11.3.3　溶剂和包覆配位体262

11.3.4 光谱和CdS纳米晶粒的生长264

11.3.5 尺寸分布、尺寸、形态和晶体结构266

11.3.6 其他硫化物纳米晶体268

11.4 连接与组装硫化物纳米晶体270

11.4.1 为什么要组装和连接纳米晶体270

11.4.2 CdS纳米晶体网络的合成与结构271

11.4.3 纳米晶体网络的自组装过程与光学性能274

11.5 氧化物纳米晶体：合成与表征276

11.5.1 总论276

11.5.2 TiO2纳米晶体277

11.5.3 其他氧化物纳米晶体284

11.6 应用、展望及结论285

参考文献285

第12章　富勒烯及相关材料的电子显微术289

12.1 引言289

12.1.1 采用电子显微术和电子衍射的理由289

12.1.2 几种材料的简要介绍289

12.2 富勒烯分子晶体289

12.2.1 C60单晶289

12.2.2 C70单晶291

12.2.3　单晶体的缺陷292

12.2.4 多重孪晶纳米粒子293

12.2.5 C60聚合物295

12.2.6 不同基体上的外延层295

12.3 C60衍生材料晶体296

12.3.1 碘嵌入的C60（12）2-x296

12.3.2 RbxC60化合物297

12.4　石墨纳米管298

12.4.1 一般性考虑298

12.4.2　纳米管几何学298

12.4.3　衍射花样：观测299

12.4.4 纳米管的几何衍射理论299

12.4.5 动力学衍射理论302

12.4.6　计算衍射条纹305

12.4.7 圆柱管的选择性模型309

12.4.8　各种形状的碳纤维310

12.4.9 管中缺陷313

12.4.10　直管的手性315

12.4.11 巴基葱316

12.5　结论316

参考文献317

索引319