纳米复合材料纳米材料与应用技术丛书

第1章 概论

第2章 纳米材料

第3章 填充纳米复合材料

第4章 杂化复合材料

第5章 插层复合材料

第6章 纳米复合材料的应用

第7章 纳米复合材料的结构与表征

纳米催化技术2100433B

有机基纳米复合材料的发展在整个纳米科学技术中占有很重要的地位，属于正在蓬勃发展的一类新型的复合材料。本书介绍了纳米复合材料的基本概念、基本理论等，井重点介绍了纳米复合材料的制备方法、性质、性能、表征等，同时在参考了大量国内外最新的科研成果的基础上，全面介绍了纳米复合材料的应用及其发展前景。 本书可作为高等院校本科生、研究生相关课程的参考书，亦可作为新材料领域的科研人员、技术人员的参考读物。

第1章 概论 没人知道今后最先进的电子计算机会是什么模样，它们是如何组装的？但是，有两点是明确的，它们将比今天的计算机更小，更快，威力更大；是用化学方法组装的。这是一种趋势。今天科学家正从纳米组件和有机分子向着这种目标迈出第一步。这里提到的纳米，是怎样的概念？纳米组件与有机分子如何组装？ 1.1 纳米与纳米技术 中国古代哲学家韩非子（公元前280―233）曾说：“凡物之有形者，易裁也，易割也。何以论之？有形，则有短长，有短长则有大小。”这说明，物质是有大小之别。

《纳米材料及应用技术》从原子、分子层次设计与计算机模拟计算电子、原子、晶体结构、表征设备与技术、性能表征、制备技术到应用领域对纳米材料进行了较详细的论述。

本书依据作者研究团队及国内外橡胶纳米复合材料的研究进展，从基础到应用详细地介绍了各种纳米颗粒/ 橡胶复合材料的制备、结构及性能，阐述了纳米颗粒对橡胶材料模量、强度、耐磨性、耐疲劳性、动态生热性能、抗湿滑性能等物理性能的影响，以及对阻隔、阻燃、阻尼、电热声传导等功能的影响，并介绍了一些重要的工业化案例和工业化新进展。

本书适合于高校和科研院所从事纳米材料和纳米复合材料研究与开发的学生以及专家学者参考使用，也适合橡胶工业领域从事材料与产品开发的研究人员阅读。

第1章 绪论1

1.1 纳米科学技术的问世1

1.2 纳米科学技术引发的产业革命3

1.2.1 信息产业3

1.2.2 生物医药技术4

1.2.3 纳米材料使传统产业升级换代5

1.3 纳米科学技术的国际态势6

1.4 我国纳米科学技术的发展11

参考文献12

第2章 纳米材料的结构与性能14

2.1 纳米材料的特性及分类14

2.1.1 纳米材料的特性14

2.1.2 纳米材料的分类16

2.2 纳米微粒17

2.2.1 纳米微粒的结构与形貌17

2.2.2 纳米微粒的物理特性17

2.3 纳米碳材料30

2.3.1 C6030

2.3.2 纳米洋葱状富勒烯32

2.3.3 纳米碳管33

2.4 纳米晶体材料46

2.4.1 纳米晶体材料的结构47

2.4.2 纳米晶体材料的性能56

2.5 纳米复合材料62

2.5.1 纳米复合材料的分类62

2.5.2 纳米复合材料的性能64

参考文献70

第3章 纳米材料测试分析技术78

3.1 电子显微分析78

3.1.1 透射电子显微分析(TEM)78

3.1.2 扫描电子显微分析(SEM)102

3.1.3 X射线能谱仪(EDS)和波谱仪(WDS)107

3.1.4 电子能量损失谱(EELS)112

3.2 扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)117

3.2.1 扫描隧道显微镜117

3.2.2 原子力显微镜120

3.3 X射线衍射分析(XRD)122

3.3.1 X射线衍射原理123

3.3.2 X射线衍射分析方法(XRD)123

3.3.3 样品制备124

3.3.4 X射线衍射分析（XRD）在纳米材料研究中的应用124

3.4 光谱分析129

3.4.1 核磁共振谱129

3.4.2 红外（IR) 、激光拉曼光谱134

3.4.3 紫外（UV) 、可见（VIS）光谱分析139

3.4.4 穆斯堡尔谱分析143

3.4.5 原子光谱分析146

3.4.6 分子荧光光谱分析156

3.4.7 扩展X射线吸收精细结构谱分析158

3.5 能谱分析161

3.5.1 俄歇电子能谱分析（AES) 161

3.5.2 X射线光电子能谱分析(XPS)166

3.5.3 紫外光电子能谱分析(UPS)172

3.6 粒度分析173

3.6.1 粒度分析法173

3.6.2 粒度分析的样品制备174

3.6.3 粒度分析在纳米材料中的应用175

参考文献179

第4章 纳米材料的设计与计算181

4.1 新材料设计概述181

4.1.1 计算机模拟的发展181

4.1.2 纳米材料的分子模拟183

4.2 纳米材料设计与计算的原理与方法186

4.2.1 第一性原理方法186

4.2.2 分子力学方法188

4.2.3 分子动力学方法189

4.2.4 分子蒙特卡洛方法(Monte Carlo method,简称MC)190

4.2.5 实验数据的解析与模拟190

4.3 纳米材料微观结构、性能与分子模拟191

4.3.1 X射线衍射线形精炼方法及结构分析191

4.3.2 纳米结构的计算机模拟195

4.3.3 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)203

4.3.4 分子光谱的模拟204

4.4 电子结构和性质205

4.4.1 C60与纳米碳管理论分析207

4.4.2 纳米碳管的性质208

4.4.3 纳米洋葱状富勒烯（Nano Onion-like Fullerenes, NOLFs) 213

4.4.4 表面与界面的理论研究216

4.4.5 能带-光子晶体217

参考文献220

第5章 纳米材料的制备技术223

5.1 由过饱和蒸气制备纳米团簇和纳米颗粒223

5.1.1 团簇生成技术223

5.1.2 团簇组装材料227

5.1.3 幻数227

5.1.4 溅射法、热蒸发和激光法制备纳米颗粒228

5.2 纳米颗粒的化学合成法235

5.2.1 溶液中的成核与长大236

5.2.2 细微颗粒稳定与抗聚集长大236

5.2.3 纳米颗粒237

5.3 半导体纳米团簇的合成243

5.3.1 表征方法及合成中的问题243

5.3.2 胶体/胶束/气泡245

5.3.3 聚合物246

5.3.4 玻璃247

5.3.5 晶型主体和沸石主体247

5.3.6 单一尺寸团簇248

5.4 机械研磨法制备纳米结构250

5.4.1 高能球磨和机械研磨251

5.4.2 纳米结构形成的现象学252

5.4.3 晶粒尺寸减小的机理257

5.5 人工多层材料258

5.5.1 微观结构259

5.5.2 加工260

5.6 纳米碳管的制备264

5.6.1 纳米碳管的特性264

5.6.2 纳米碳管的合成265

5.6.3 定向纳米碳管的制备270

参考文献290

第6章 纳米材料的加工291

6.1 溶胶-凝胶法加工纳米材料291

6.1.1 引言291

6.1.2 氧化物的制备292

6.1.3 凝胶形成的无粉加工295

6.1.4 凝胶制备中的干燥与脱水297

6.1.5 固化凝胶：烧结298

6.1.6 加工纳米结构材料的基体299

6.1.7 纳米材料溶胶-凝胶加工前景展望301

6.2 纳米晶材料的成形与烧结302

6.2.1 引言302

6.2.2 纳米晶颗粒的干法成形302

6.2.3 纳米晶颗粒的湿法成形304

6.2.4 无压烧结过程中的理想致密化304

6.2.5 无压烧结过程中的非理想致密化309

6.2.6 无压烧结过程中的晶粒生长311

6.2.7 无压烧结过程中孔对晶界的钉扎作用313

6.2.8 无压烧结过程中晶粒生长的极小化和致密化的极大化314

6.2.9 加压烧结和烧结锻压315

6.2.10 其他烧结方法简介318

6.2.11 结语320

参考文献320

第7章 纳米材料的应用321

7.1 纳米材料在结构件领域的应用321

7.1.1 纳米复合材料321

7.1.2 纳米材料在机械工程中的应用324

7.1.3 纳米材料在汽车工业中的应用327

7.1.4 纳米碳管与金刚石328

7.2 纳米材料和纳米技术在电子器件方面的应用331

7.2.1 纳米磁性材料331

7.2.2 纳米光功能材料338

7.2.3 纳米技术在电子器件方面的应用355

7.2.4 碳材料在电子器件方面的应用373

7.3 纳米材料在化学化工领域中的应用375

7.3.1 纳米材料作为催化剂375

7.3.2 作为增强、增韧和抗腐用的纳米塑料376

7.3.3 在材料表面防腐及功能化中的应用385

7.3.4 纳米材料在环保领域中的应用392

7.3.5 纳米碳管的化学修饰402

7.4 纳米材料在生物医药和健康卫生等领域的应用404

7.4.1 常用的生物材料及其特点404

7.4.2 纳米药物载体405

7.4.3 应用实例417

7.4.4 纳米技术在生物材料中的应用434

7.4.5 碳纳米材料在医学上的应用435

7.5 纳米材料在纺织品中的应用436

7.5.1 抗紫外线型化纤437

7.5.2 反射红外线（含抗红外线）型化纤438

7.5.3 抗菌、抑菌和除臭型化纤439

7.5.4 导电型化纤超细粉体材料442

7.5.5 功能化纤材料442

7.6 纳米材料在其他领域的应用443

7.6.1 纳米技术在体育方面的应用443

7.6.2 纳米技术在农业中的应用443

7.6.3 纳米技术在能源领域中的应用444

7.6.4 纳米功能材料在航空航天领域的应用446

7.6.5 碳纳米材料在其他方面的应用449

参考文献450 2100433B