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第一篇 绪论 3

第1章 纳米科技研究方法 3

1.1 科学方法研究 3

1.1.1 关于科学方法 3

1.1.2 科学方法的分类 4

1.1.3 科学方法的主要内容 6

1.1.4 科学方法的发展历程 14

1.1.5 研究科学方法的意义 15

1.2 科技发展的新时代 16

1.2.1 科学发展的变革时期 17

1.2.2 科技发展的机遇 19

1.3 科技面临的新问题 23

1.3.1 原子团特性 24

1.3.2 量子效应 26

1.3.3 尺寸效应 29

1.3.4 维数效应 33

1.3.5 相位相干 34

1.3.6 单电子行为 37

1.3.7 量子比特 40

1.3.8 多场调控 41

1.4 多学科交叉的研究方法 41

1.4.1 纳米结构的复杂性 41

1.4.2 多尺度与界面 42

1.4.3 大学科交叉 43

1.5 纳米科技研究方法的发展趋势 44

1.5.1 NBIC汇聚技术 45

1.5.2 分子电子学的难题 47

1.5.3 生物电子学 50

1.5.4 智能电路与人造物种 52

参考文献 55

第二篇 纳米材料制备篇 59

第2章 纳米材料的液相制备方法 59

2.1 烧杯中的化学 59

2.2 水相合成 62

2.2.1 半导体纳米粒子 62

2.2.2 贵金属纳米粒子 65

2.2.3 金属氧化物纳米材料 67

2.2.4 磁性纳米材料 68

2.3 有机相合成 69

2.3.1 半导体纳米材料 69

2.3.2 贵金属纳米材料 71

2.3.3 金属氧化物纳米材料 73

2.3.4 磁性纳米材料 74

2.4 界面合成 76

参考文献 79

第3章 一维纳米材料的气相合成 83

3.1 气相合成方法的分类 83

3.2 化学气相沉积方法制备碳纳米管 84

3.2.1 化学气相沉积方法在碳纳米管研究中的应用 84

3.2.2 化学气相沉积方法制备碳纳米管的实验装置及条件 84

3.2.3 化学气相沉积方法制备碳纳米管机理研究 85

3.2.4 化学气相沉积方法制备多壁碳纳米管的研究进展 86

3.2.5 化学气相沉积方法制备单壁碳纳米管的研究进展 90

3.3 化学气相沉积方法制备纳米线 94

3.3.1 化学气相沉积方法在纳米线研究中的应用 94

3.3.2 化学气相沉积方法在氧化锌纳米线研究中的应用 95

3.3.3 氧化锌纳米线的生长机理 97

3.3.4 氧化锌纳米线的性能及应用 102

3.4 物理气相沉积方法在纳米器件研究中的应用 105

参考文献 106

第4章 自组装方法和技术 110

4.1 自组装的驱动力——非共价作用 111

4.1.1 静电作用 111

4.1.2 范德华力 112

4.1.3 氢键 112

4.1.4 π-π堆积作用 113

4.1.5 疏水作用 113

4.2 分子和纳米粒子的自组装 114

4.2.1 两亲性组装单元的自组装 114

4.2.2 纳米粒子的自组装 118

4.2.3 手性超分子组装 121

4.2.4 多尺度、多级次组装 126

4.3 分子和纳米粒子受限环境中的组装 127

4.3.1 气／液界面的自组装 128

4.3.2 固／液界面的自组装 130

4.3.3 图案化组装 132

4.4 结论与展望 134

参考文献 134

第三篇 纳米表征技术篇 139

第5章 扫描探针显微技术 139

5.1 扫描隧道显微镜 141

5.1.1 工作原理 141

5.1.2 结构分辨率 142

5.1.3 扫描隧道谱 148

5.2 原子力显微镜 151

5.2.1 工作原理 151

5.2.2 结构分辨率 153

5.2.3 单分子力谱 155

5.3 静电力显微镜 156

5.3.1 静电力显微镜工作原理 156

5.3.2 静电力显微镜的应用 157

5.4 磁力显微镜 161

5.4.1 磁力显微镜工作原理 161

5.4.2 磁力显微镜的应用 162

5.5 SPM操纵与加工 163

5.5.1 原子／分子操纵 163

5.5.2 加工和刻蚀 164

参考文献 165

第6章 单分子和单粒子检测技术 168

6.1 单分子研究方法 168

6.1.1 单分子的扫描隧道显微研究 168

6.1.2 基于原子力显微技术的单分子研究 175

6.1.3 平面电极隧道结技术 180

6.2 单个纳米结构的电、磁、热、光学性质测量 184

6.2.1 纳米材料的电学性质 184

6.2.2 纳米材料的磁学性质 186

6.2.3 纳米材料的热学性质 188

6.2.4 纳米材料的光学性质 190

参考文献 194

第7章 分子影像技术 197

7.1 分子影像学的基本原理与方法 198

7.1.1 分子影像学的概念、任务与特点 198

7.1.2 分子影像探针 201

7.1.3 分子影像信号放大技术 205

7.1.4 分子影像设备及其相关技术 206

7.2 超声分子影像技术 208

7.2.1 超声分子成像的基本原理 208

7.2.2 超声分子影像设备 209

7.2.3 超声分子影像造影剂 209

7.3 磁共振分子影像技术 210

7.3.1 磁共振分子成像的基本原理 210

7.3.2 磁共振分子影像设备 211

7.3.3 磁共振分子影像探针 212

7.4 核医学分子影像技术 213

7.4.1 核医学分子成像的基本原理 213

7.4.2 核医学分子影像设备 213

7.4.3 核医学分子影像探针 214

7.5 光学分子影像技术 215

7.5.1 光学分子成像的基本原理 215

7.5.2 光学分子影像设备 216

7.5.3 光学分子影像探针 216

7.6 多模式分子影像技术 217

7.6.1 多模式分子影像设备 217

7.6.2 多模式分子影像探针 218

7.7 基于分子影像的诊断与治疗相结合的综合技术 219

7.7.1 分子影像探针携带药物 219

7.7.2 分子影像药物治疗评估 220

7.7.3 分子影像药物筛选 221

7.8 小结 223

参考文献 223

第8章 纳米标准与计量 227

8.1 纳米技术标准化 227

8.1.1 纳米技术领域名词术语的标准化 228

8.1.2 纳米测量与表征标准化 233

8.1.3 纳米环境、健康与安全 237

8.2 纳米标准物质与标准样品 241

8.2.1 纳米尺度基本几何量的标准物质 241

8.2.2 纳米材料与性能标准物质／样品 243

8.3 纳米计量研究 245

8.3.1 纳米几何量标准物质特性量值的计量定值 246

8.3.2 纳米计量仪器 252

8.3.3 其他纳米计量 254

参考文献 254

第四篇 纳米加工与器件篇 257

第9章 传统纳米加工技术 257

9.1 聚焦电子束方法 257

9.1.1 聚焦电子束的产生和操控——电子光学 257

9.1.2 电子束与物质的相互作用 259

9.1.3 聚焦电子束在纳米科技中的应用 260

9.2 聚焦离子束方法 272

9.2.1 离子与物质的相互作用 273

9.2.2 离子束聚焦的基本原理 273

9.2.3 聚焦离子束系统的基本结构 278

9.2.4 聚焦离子束系统的组成 279

9.2.5 聚焦离子束方法在纳米科学研究中的应用 282

参考文献 293

第10章 特色纳米加工技术 297

10.1 微接触印刷技术 297

10.1.1 微接触印刷技术简介 297

10.1.2 微接触印刷技术的各种变体 301

10.1.3 微接触印刷技术的应用 303

10.2 纳米压印技术 304

10.2.1 纳米压印技术的原理及分类 304

10.2.2 纳米压印技术的各个组成部分 306

10.2.3 纳米压印模式的发展 308

10.2.4 纳米压印技术的应用 310

10.3 浸蘸笔纳米印刷技术 310

10.3.1 DPN技术的组成部分 311

10.3.2 DPN技术的发展 313

10.3.3 DPN技术的应用 315

参考文献 318

第11章 多光子超衍射三维纳米加工技术 321

11.1 多光子超衍射纳米加工基本原理 321

11.1.1 多光子吸收过程的物理效应 321

11.1.2 多光子超衍射纳米加工中的材料设计 324

11.2 多光子超衍射纳米加工技术 326

11.2.1 多光子超衍射纳米加工系统与方法 326

11.2.2 多光子加工分辨率 328

11.2.3 多焦点并行加工技术 330

11.3 多光子超衍射纳米加工技术的应用 331

11.3.1 微尺度光子学器件 331

11.3.2 微机械与微流控 334

11.3.3 功能材料的多光子微／纳加工 335

11.4 多光子超衍射三维纳米加工技术研究中所面临的问题及发展方向 338

11.4.1 多光子超衍射三维纳米加工物理机制与新原理发现 339

11.4.2 多光子超衍射三维纳米加工材料扩展与功能化 339

11.4.3 多光子超衍射三维纳米加工技术的应用 340

11.4.4 微／纳结构的大面积快速制备技术 340

参考文献 340

第五篇 纳米尺度的理论方法篇 347

第12章 纳米结构的理论模拟方法 347

12.1 纳米体系电子结构 348

12.2 理论建模——光学性质 350

12.2.1 金属／介电材料光学性质简介 350

12.2.2 半导体材料光学性质简介 352

12.3 理论建模——输运性质 354

12.3.1 稳态输运理论 355

12.3.2 含时输运：Tien-Gorden方法 359

12.4 数值模拟方法 360

12.4.1 打靶法 360

12.4.2 Hartree方法与Hartree-Fock方法 360

12.4.3 密度泛函理论 361

12.4.4 分子动力学 362

12.4.5 有限时域差分方法 363

12.5 小结 363

参考文献 364

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