定 價(jià):28 元
叢書名:教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材
- 作者:陳翌慶,石瑛,黃伯云 編
- 出版時(shí)間:2009/1/1
- ISBN:9787811057058
- 出 版 社:中南大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TB383
- 頁(yè)碼:203
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16K
《教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材:納米材料學(xué)基礎(chǔ)》為教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材,根據(jù)教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的本課程“教學(xué)基本要求”編寫。
《教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材:納米材料學(xué)基礎(chǔ)》除緒論外,共分6章,第1章為納米材料的物理學(xué)基礎(chǔ),第2章為納米材料的基本效應(yīng),第3章為零維納米材料,第4章為一維納米材料,第5章為有序納米結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用,第6章為納米固體及其制備。
《教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材:納米材料學(xué)基礎(chǔ)》特色在于對(duì)當(dāng)今迅猛發(fā)展的納米材料科學(xué)技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)真的梳理和凝練,從教材的編寫特點(diǎn)和要求出發(fā),以“維度”作為教學(xué)線索,力圖使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握納米材料奇異性能的本質(zhì)和基本原理,掌握納米材料合成、制備方法的內(nèi)在規(guī)律和一些共性原理。使學(xué)生不但要知其然,還要知其所以然,以達(dá)到“授人以漁”的目的。
《教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材:納米材料學(xué)基礎(chǔ)》條理清晰,深入淺出,便于教學(xué),可作為高校高年級(jí)本科生和研究生的教材,也可供相關(guān)專業(yè)師生、科技人員、工程技術(shù)人員參考。
材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)步和國(guó)家安全的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo),材料技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防和高技術(shù)發(fā)展的共性基礎(chǔ)技術(shù),是當(dāng)前最重要、發(fā)展最快的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。發(fā)展材料技術(shù)將促進(jìn)包括新材料產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展,同時(shí)又將帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的改造和產(chǎn)品的升級(jí)換代。
“十五”期間,我國(guó)材料領(lǐng)域在光電子材料、特種功能材料和高性能結(jié)構(gòu)材料等方面取得了較大的突破,在一些重點(diǎn)方向邁入了國(guó)際先進(jìn)行列。依據(jù)國(guó)家“十一五”規(guī)劃,材料領(lǐng)域?qū)⒘⒆銍?guó)家重大需求,自主創(chuàng)新、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力、增強(qiáng)材料領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新能力將成為戰(zhàn)略重心。納米材料與器件、信息功能材料與器件、高新能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能材料、生物醫(yī)用與仿生材料、環(huán)境友好材料、重大工程及裝備用關(guān)鍵材料、基礎(chǔ)材料高性能化與綠色制備技術(shù)、材料設(shè)計(jì)與先進(jìn)制備技術(shù)將成為材料領(lǐng)域研究與發(fā)展的主導(dǎo)方向。不難看出,這些主導(dǎo)方向體現(xiàn)了材料學(xué)科一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì),即材料學(xué)科正在由單純的材料科學(xué)與工程向與眾多高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的方向發(fā)展。材料領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步,對(duì)擔(dān)負(fù)材料科學(xué)與工程高等教育和科學(xué)研究雙重任務(wù)的高等學(xué)校提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),為迎接這一挑戰(zhàn),高等學(xué)校不但要擔(dān)負(fù)起材料科學(xué)與工程前沿領(lǐng)域的科學(xué)研究、知識(shí)創(chuàng)新任務(wù),而且要擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)能適應(yīng)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域高速發(fā)展需求的、具有新知識(shí)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重任。
為適應(yīng)材料領(lǐng)域高等教育的新形勢(shì),2006-2010年教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)積極組織了材料類高等學(xué)校教材的建設(shè)規(guī)劃工作,成立了規(guī)劃教材編審委員會(huì),編審委員會(huì)由相關(guān)學(xué)科的分教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員、委員以及全國(guó)30余所有影響力和代表性的高校材料學(xué)院院長(zhǎng)組成。編審委員會(huì)分別于2006年10月和2007年5月在湖南張家界和中南大學(xué)召開(kāi)了教材建設(shè)研討會(huì)和教材提綱審定會(huì)。經(jīng)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和編審委員會(huì)推薦和遴選,逾百名來(lái)自全國(guó)幾十所高校的具有豐富教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn)的專家、學(xué)者參加了這套教材的編寫工作。歷經(jīng)幾年的努力,這套教材終于與讀者見(jiàn)面了,它凝結(jié)了全體編寫者與組織者的心血,充分體現(xiàn)了廣大編寫者對(duì)教育部“質(zhì)量工程”精神的深刻體會(huì),對(duì)當(dāng)代材料領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)的牢固掌握和對(duì)高等教育規(guī)律的熟練把握,是我國(guó)材料領(lǐng)域高等教育工作者集體智慧的結(jié)晶。
這套教材基本涵蓋了金屬材料工程專業(yè)的主要課程,同時(shí)還包含了材料物理專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)部分專業(yè)基礎(chǔ)課程,以及金屬、無(wú)機(jī)非金屬和高分子三大類材料學(xué)科的實(shí)驗(yàn)課程。整體看來(lái),這套教材具有如下特色:①根據(jù)教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)相關(guān)課程的“教學(xué)大綱”及“基本要求”編寫;②統(tǒng)一規(guī)劃,結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),整套教材具有完整性、系統(tǒng)性,基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的內(nèi)容有機(jī)銜接;③注重基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)實(shí)踐,體現(xiàn)了科學(xué)性、實(shí)用性;④編委會(huì)及作者由材料領(lǐng)域的院士、知名教授及專家組成,確保了教材的高質(zhì)量及權(quán)威性;⑤注重創(chuàng)新,反映了材料科學(xué)領(lǐng)域的新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝、新方法;⑥深入淺出,說(shuō)理透徹,便于老師教學(xué)及學(xué)生自學(xué)。
教材的生命力在于質(zhì)量,而提高質(zhì)量是永恒的主題。希望教材的編審委員會(huì)及出版社能做到與時(shí)俱進(jìn),根據(jù)高等教育改革和發(fā)展的形勢(shì)及材料專業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),不斷對(duì)教材進(jìn)行修訂、改進(jìn)、完善,精益求精,使之更好地適應(yīng)高等教育人才培養(yǎng)的需要,也希望他們能夠一如既往地依靠業(yè)內(nèi)專家,與科研、教學(xué)、產(chǎn)業(yè)第一線人員緊密結(jié)合,加強(qiáng)合作,不斷開(kāi)拓,出版更多的精品教材,為高等教育提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和服務(wù)。
衷心希望這套教材能在我國(guó)材料高等教育中充分發(fā)揮它的作用,也期待著在這套教材的哺育下,新一代材料學(xué)子能茁壯成長(zhǎng),脫穎而出。
陳翌慶,合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院院長(zhǎng)、教授、博導(dǎo)。1984年本科畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)金屬材料系, 1987年在哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬材料及工藝系獲碩士學(xué)位, 2003年獲中國(guó)科技大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位,F(xiàn)為安徽省“十五”優(yōu)秀人才計(jì)劃學(xué)術(shù)帶頭人培養(yǎng)對(duì)象,教育部高校材料物理和材料化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員。主要研究方向:功能一維納米結(jié)構(gòu)及其物性。近年來(lái),主持國(guó)家自然科學(xué)基金“遺傳晶界圖形催化生長(zhǎng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米線陣列圖形的研究”(20671027)、“自催化VLS法選擇定位生長(zhǎng)GaN納米線陣列及其發(fā)光特性”的研究工作(20471019),安徽省自然科學(xué)基金“自催化VLS生長(zhǎng)制備多元氧化物透明導(dǎo)電一維納米材料”的研究工作(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)050440904)、安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目等項(xiàng)目的研究,完成國(guó)家、部省級(jí)科研項(xiàng)目8項(xiàng),獲安徽省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng),省教學(xué)成果三等獎(jiǎng)一項(xiàng),在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文60余篇,其中被SCI, EI收錄30多篇。主講《納米材料學(xué)》、《固體物理》等課程。
緒論
0.1 納米科技的內(nèi)涵和發(fā)展
0.2 納米材料的概念
0.3 納米材料的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容
0.3.1 納米“基本單元”
0.3.2 納米結(jié)構(gòu)和納米塊體
第1章 納米材料的物理學(xué)基礎(chǔ)
1.1 周期納米結(jié)構(gòu)的物理學(xué)
1.1.1 理想周期結(jié)構(gòu)的能帶
1.1.2 能帶中電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)和有效質(zhì)量
1.1.3 有效質(zhì)量方程
1.1.4 量子束縛與能態(tài)密度
1.2 零維納米顆粒的基本物理效應(yīng)
1.2.1 量子尺寸效應(yīng)和久保理論
1.2.2 久保理論的修正與完善
思考題
第2章 納米材料的基本效應(yīng)
2.1 量子尺寸效應(yīng)
2.2 小尺寸效應(yīng)
2.3 表面效應(yīng)
2.4 庫(kù)侖堵塞效應(yīng)
2.5 量子隧穿效應(yīng)
思考題
第3章 零維納米材料
3.1 零維納米材料的制備技術(shù)
3.1.1 氣相法制備
3.1.2 液相法制備
3.1.3 固相法制備
3.2 零維納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)
3.2.1 熱學(xué)性質(zhì)
3.2.2 光學(xué)性質(zhì)
3.2.3 磁學(xué)性質(zhì)
3.2.4 化學(xué)性質(zhì)
思考題
第4章 一維納米材料
4.1 一維納米材料的合成制備
4.1.1 氣相法制備
4.1.2 液相法制備
4.1.3 模板法制備
4.2 一維半導(dǎo)體納米線的物性
4.2.1 單根納米線的電學(xué)傳輸
4.2.2 單根納米線的光學(xué)性質(zhì)
4.3 碳納米管
4.3.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)
4.3.2 碳納米管的制備
4.3.3 碳納米管的性質(zhì)
4.3.4 碳納米管的應(yīng)用
思考題
第5章 有序納米結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
5.1 納米刻蝕技術(shù)
5.1.1 極紫外光刻(EUVL)和X射線光刻(XRL)
5.1.2 電子束刻蝕(EBL)和離子束刻蝕(IBL)
5.1.3 納米壓印技術(shù)(NIL)
5.1.4 其他幾種納米刻蝕技術(shù)
5.2 自組裝技術(shù)
5.2.1 微觀粒子間的相互作用能
5.2.2 表面活性劑分子的自組裝
5.2.3 微乳液法自組裝
5.2.4 利用范德瓦爾斯力自組裝
5.2.5 利用靜電力自組裝
5.2.6 模板法自組裝
5.2.7 氣相催化自組裝
5.2.8 利用表面張力和毛細(xì)管力自組裝
5.2.9 取向搭接自組裝
5.3 自下而上和自上而下相結(jié)合制備有序納米結(jié)構(gòu)
5.3.1 模板誘導(dǎo)自組裝
5.3.2 刻蝕輔助的LB膜自組裝
5.3.3 刻蝕催化圖形自組裝
5.4 有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
5.4.1 電子器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.2 光學(xué)器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.3 磁學(xué)器件研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.4 環(huán)境檢測(cè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.5 高效能量轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.6 催化研究領(lǐng)域的應(yīng)用
5.4.7 醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用
思考題
第6章 納米固體及其制備
6.1 納米金屬與合金材料的制備
6.2 納米相陶瓷的制備
6.3 納米固體材料的性能
6.3.1 力學(xué)性能
6.3.2 熱學(xué)性能
6.3.3 光學(xué)性能
6.3.4 電學(xué)性能
6.3.5 磁學(xué)性能
思考題
參考文獻(xiàn)
第1章 納米材料的物理學(xué)基礎(chǔ)
納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景受到各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者的廣泛關(guān)注。當(dāng)材料進(jìn)入納米尺度時(shí),其電子結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化,正是由于納米體系的電子結(jié)構(gòu)的顯著變化導(dǎo)致納米材料表現(xiàn)出與塊體材料不同的、獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì),如量子尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)等。而不同維度的納米材料,其電子態(tài)的分布又表現(xiàn)出不同的形式,因而具有不同的性質(zhì)和應(yīng)用前景。因此了解納米材料的電子能級(jí)分布是理解納米材料獨(dú)特物性的基礎(chǔ)。本章從最基礎(chǔ)的原子結(jié)合出發(fā),介紹晶體材料的能帶形成及能帶結(jié)構(gòu)特征,然后討論量子束縛對(duì)材料能帶結(jié)構(gòu)的影響,從電子能態(tài)密度角度描述納米材料電子狀態(tài)分布,用有效質(zhì)量方程描述半導(dǎo)體納米材料內(nèi)部電子的輸運(yùn)特征。討論零維金屬納米顆粒的能級(jí)分裂和量子尺寸效應(yīng),最后介紹統(tǒng)計(jì)處理金屬顆粒能級(jí)分布的久保理論。
1.1 周期納米結(jié)構(gòu)的物理學(xué)
1.1.1 理想周期結(jié)構(gòu)的能帶
1.原子能級(jí)分裂與能帶
晶體中大量原子通過(guò)各種化學(xué)鍵結(jié)合形成具有嚴(yán)格周期性的結(jié)構(gòu),這種周期性的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶體中電子的狀態(tài)表現(xiàn)出與其他固體不同的特殊形式。晶體中電子的能級(jí)分布表現(xiàn)為能帶結(jié)構(gòu)。大量的準(zhǔn)連續(xù)分布的電子能級(jí)形成一個(gè)電子能帶,能帶與能帶之間存在的電子禁忌區(qū)稱為禁帶。基態(tài)下,晶體中電子按照能量由低到高占據(jù)不同能帶中的各個(gè)能級(jí),由于電子占據(jù)情況的不同使得晶體表現(xiàn)為不同的電學(xué)性質(zhì)。絕緣體能帶的電子占據(jù)情況為全滿或全空,無(wú)半滿帶,而導(dǎo)體中存在一個(gè)或多個(gè)未被電子占滿的能帶。為了理解絕緣體和導(dǎo)體的不同,我們有必要了解周期結(jié)構(gòu)中電子的狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)行為。