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1 绪论1

1.1 纳米科技的内涵1

1.1.1 纳米科技研究的尺度1

1.1.2 纳米科技的内涵2

1.2 纳米科技的发展3

1.2.1 纳米科技诞生的历史背景3

1.2.2 自然界中的纳米材料——纳米科技发展的重要启示4

1.2.3 纳米科技发展的驱动力13

1.2.4 纳米科技发展的里程碑19

1.3 纳米材料在纳米科技中的地位23

思考题24

2 纳米材料的基本概念及基本效应25

2.1 纳米材料的定义25

2.1.1 纳米材料的定义25

2.1.2 纳米材料的内涵25

2.1.3 纳米材料的举例26

2.2 纳米材料的基本结构单元26

2.2.1 团簇26

2.2.2 纳米粒子31

2.2.3 准一维纳米材料31

2.2.4 人造原子32

2.2.5 几个物理概念34

2.2.6 纳米相材料35

2.3 纳米材料的基本效应37

2.3.1 表（界）面效应37

2.3.2 量子尺寸效应38

2.3.3 小尺寸效应39

2.3.4 介电限域效应39

2.3.5 库仑阻塞与单电子隧穿效应39

2.3.6 宏观量子隧道效应41

2.4 纳米材料的发展史及研究内容41

2.4.1 纳米材料的发展史41

2.4.2 纳米材料科学的研究对象42

思考题42

3 纳米微粒的结构与物理化学特性43

3.1 纳米微粒的结构与形貌43

3.2 热学性能45

3.2.1 纳米微粒的熔点和烧结温度46

3.2.2 纳米晶体的比热容50

3.2.3 纳米晶体的热膨胀51

3.2.4 纳米晶体的晶粒成长52

3.3 电学性能56

3.3.1 纳米晶金属电导的尺寸效应57

3.3.2 纳米金属与合金的电阻57

3.3.3 纳米材料的介电特性59

3.4 光学性质62

3.4.1 宽频带强吸收62

3.4.2 吸收光谱的蓝移现象63

3.4.3 吸收光谱的红移现象64

3.4.4 激子吸收带——量子限域效应64

3.4.5 纳米颗粒的发光现象65

3.5 磁学性质67

3.5.1 纳米材料的磁学特性67

3.5.2 纳米磁性材料70

3.6 力学性质73

3.6.1 Hall-Petch关系73

3.6.2 弹性模量75

3.6.3 超塑性75

3.7 纳米微粒悬浮液和动力学性质76

3.7.1 布朗运动76

3.7.2 扩散77

3.7.3 沉降和沉降平衡77

3.8 纳米微粒的化学特性78

3.8.1 吸附78

3.8.2 纳米微粒的分散与团聚79

3.8.3 表面活性及敏感特性80

3.8.4 催化性能80

思考题84

4 纳米材料的物理制备方法85

4.1 概述85

4.2 纳米粒子的物理制备方法86

4.2.1 机械粉碎法86

4.2.2 纳米粒子合成的物理方法——构筑法91

4.2.3 纳米相固体的物理制备方法99

思考题99

5 化学气相法制备纳米材料100

5.1 纳米粒子的气相反应法100

5.1.1 化学气相反应法的类型100

5.1.2 气相合成纳米粒子的生成条件102

5.1.3 气相化学反应制备纳米粒子的特点102

5.1.4 纳米微粒形态控制技术102

5.1.5 气相化学反应物系活化的方式——几种加热技术102

5.2 化学气相沉积105

5.2.1 化学气相沉积技术介绍105

5.2.2 化学气相沉积的反应类型106

5.2.3 化学气相沉积装置110

5.2.4 化学气相沉积的特点112

5.2.5 化学气相沉积的机理113

5.2.6 化学气相沉积法制备纳米材料117

5.2.7 碳纳米管（CNTs）的制备121

思考题124

6 沉淀法制备纳米材料125

6.1 沉淀法的定义125

6.1.1 沉淀的定义及原理125

6.1.2 沉淀法的定义125

6.2 沉淀法的分类126

6.2.1 单组分沉淀法（直接沉淀法）126

6.2.2 共沉淀法（多组分共沉淀法）126

6.2.3 均匀沉淀法128

6.3 沉淀的过程和机理130

6.3.1 成核130

6.3.2 晶核生长131

6.3.3 晶型沉淀和无定形沉淀形成的条件132

6.3.4 沉淀的陈化（老化）132

6.4 沉淀法的操作技术要点和影响因素133

6.5 沉淀法的特点及缺点134

思考题134

7 溶剂热法制备纳米材料135

7.1 水热法的历史回顾135

7.2 水热法的基本概念135

7.3 水热合成中主要反应类型136

7.4 水热法的基本原理138

7.4.1 临界状态和超临界状态138

7.4.2 水热条件下水的状态、性质139

7.4.3 高温高压水的作用140

7.4.4 各类化合物在水热溶液中的溶解度140

7.5 水热合成法中材料的形成机理140

7.6 水热合成的主要仪器设备142

7.6.1 反应釜142

7.6.2 反应控制系统143

7.7 水热法的优缺点143

7.7.1 水热法的优点144

7.7.2 水热法的不足144

7.8 水热合成技术的扩展——溶剂热法144

7.8.1 溶剂热法分类145

7.8.2 溶剂热法的特点147

7.8.3 溶剂热法常用溶剂147

思考题148

8 溶胶-凝胶法制备纳米材料149

8.1 胶体、溶胶的基本概念149

8.1.1 胶体的基本概念149

8.1.2 溶胶的概念150

8.1.3 溶胶的制备150

8.2 凝胶的基本概念152

8.2.1 凝胶的基本概念153

8.2.2 凝胶的通性和特点153

8.2.3 凝胶的分类153

8.2.4 凝胶的结构154

8.2.5 溶胶转化为凝胶154

8.2.6 凝胶形成的条件155

8.2.7 凝胶的制备155

8.3 溶胶-凝胶法的基本原理157

8.3.1 溶胶-凝胶法的基本原理157

8.3.2 溶胶-凝胶法的化学原理157

8.3.3 溶胶-凝胶法制备二氧化硅159

8.3.4 溶胶-凝胶法的特点163

思考题163

9 化学还原法制备纳米材料164

9.1 化学还原法的定义164

9.2 影响粒子形貌的关键因素165

9.2.1 还原剂165

9.2.2 溶剂165

9.2.3 保护剂169

9.3 制备方法的分类172

9.4 金属纳米粒子的宏量合成175

9.5 金属纳米粒子的用途——催化性质175

9.5.1 硅氢加成175

9.5.2 非电解金属沉积176

9.5.3 水解反应176

9.5.4 光化学反应176

9.5.5 氢甲酰化反应176

9.5.6 羰基化反应176

9.5.7 氢化177

9.6 负载金属纳米粒子的方法178

9.6.1 载体吸附的纳米颗粒催化剂178

9.6.2 在载体上嫁接胶体179

9.6.3 原位制备负载催化剂179

9.6.4 配位俘获法及改进配位俘获法180

思考题181

10 模板法制备纳米材料182

10.1 模板法的概念182

10.2 模板的分类182

10.3 硬模板法183

10.3.1 以多孔阳极氧化铝膜为模板合成纳米材料183

10.3.2 以二氧化硅球为模板合成纳米核-壳结构186

10.4 软模板法187

10.4.1 表面活性剂的概念187

10.4.2 表面活性剂的分子结构特点188

10.4.3 软模板——表面活性剂的有序聚集体189

10.4.4 软模板合成纳米材料的实例194

10.4.5 表面活性剂为模板合成介孔纳米材料196

10.5 硬、软模板法的特点198

思考题199

参考文献200