纳米化学纳米材料的化学途径 原书第二版

纳米化学纳米材料的化学途径 原书第二版

作　者： （加）厄津（Ozin G. A.）等着； 陈铁红 译

出版时间： 2014

丛编项： 纳米科学与技术

内容简介

本书是纳米化学领域的首部教科书，论述了纳米材料制备的化学策略以及材料自组装的原理。主要内容包括纳米化学原理、化学图案与软印刷技术、层层自组装、纳米材料的制备及组装、胶体晶体、微孔与介孔材料的自组装合成、嵌段共聚物的自组装、生物材料及仿生合成等方面的内容。

本书可作为高等院校化学、材料、物理、纳米科学等专业本科生和研究生的参考教材，也可供从事纳米科学与技术相关的科技工作者参考。

目录

中文版序

译者序

序

第二版前言去而复归

前言从纳米开始

本书的目的

本书的结构

讲授（纳米）材料

学习（纳米）材料

探求（纳米）材料

致谢

思考题关于纳米化学、纳米科学、纳米技术和纳米安全

第1章纳米化学基础

11植根于材料化学的纳米化学

12材料和纳米材料的合成

13材料自组装

14宇宙大爆炸

15“纳米”的意义何在？

16纳米材料的大或小

17纳米尺度下的量子力学

18什么是纳米化学？

19分子自组装与材料自组装

110什么是多级组装？

111引导的自组装

112超分子的视角

113自组装材料的族谱

114通向多孔固体材料

115向生物矿物学习——形貌即功能

116你能让晶体弯曲吗？

117无处不在的图案

118天然形态的人工合成

119材料的二维组装

120自组装单层膜与软印刷技术

121巧妙的团簇

122纳米线的前景

123操纵胶体

124介观尺度自组装

125集成体系的材料自组装

参考文献

思考题关于材料化学、纳米化学、自组装材料的族谱、材料自组装和

尺度

第2章化学图案化与软印刷

21针尖上的主祷文

22软印刷技术

23什么是自组装单层膜？

24软印刷技术的科学与艺术

25表面润湿性能的图案化

26凝聚形成的图形

27微透镜阵列

28纳米环的阵列

29自组装单层膜的集成

210固体表面的图案化

211印刷高分子

212超越分子——薄膜的转移印刷

213活细菌的接触印刷

214自组装单层膜的电接触

215自组装单层膜上的晶体工程

216学习自然界的生物晶体工程学

217湿的印章——奇妙的Liesegang环收缩

218湿刻图案

219胶体微球图案

220自组装单层膜上图案化的蛋白石阵列

221可变换功能基团的自组装单层膜

222通过光催化进行图案化

223可逆的自组装单层膜开关

224电润湿开关

225可调节表面形态的PDMS——可变形的模子

226“甜”的芯片

227横向剪切的图案印刷

228纳米剖层

229单孔道分辨率的氧化铝纳米孔道图案

参考文献

思考题关于软印刷、自组装单层膜和图案化

第3章层层自组装

31一次组装一层

32静电超晶格

33有机聚电解质多层结构

34层层智能窗

35厚度多少才算薄？

36组装金属有机聚合物

37聚电解质多层膜的直接成像

38聚电解质胶体多层膜

39具有组成分布的层层自组装膜

310层层自组装微机电系统

311捕获活性蛋白

312负载蛋白的多孔多层膜

313弯曲表面上的层层组装

314微晶体的包裹——聚电解质涂层的结晶药物释放系统

315用作药物运输的可降解层层自组装膜

316纳米气泡——新一代的超声造影剂

317取向分子筛膜的晶体工程

318有序的沸石多晶体阵列

319交联的晶体阵列

320多层布拉格堆叠中可调变的结构颜色

321二维层层组装的结构颜色

322拓扑复杂结构的多层化

323图案化的多层膜

324非静电的层层自组装

325低压制备多层膜

326层层自受限反应

参考文献

思考题单层膜、多层膜、材料平面的设计

第4章纳米接触印刷和蘸写——印章和笔尖

41100nm以下的软印刷技术

42微接触印刷的延伸

43加压印刷

44缺陷图案化——拓扑引导的刻蚀

4550nm以下的纳米接触印刷

46纳米接触印写——蘸笔纳米印刷（DPN）

47硅表面上的DPN技术

48玻璃上的DPN技术

49半导体纳米线上的纳米印写

410溶胶凝胶的DPN技术

411硬磁体上的软图案技术

412分子识别的印写

413蛋白质识别纳米结构的DPN技术

414DPN阵列技术检测HIV病毒

415生物构造的图案化

416噬性图案——酶的DPN技术

417静电DPN技术

418电化学DPN技术

419纳米电化学扫描探针显微镜

420超越DPN技术——电消减制备纳米结构

421纳米电纺纤维

422有机发光二极管针尖——具有纳米尺度扫描探头光源的

原子力显微镜

423热的针尖——DPN烙铁

424结合纳米和DPN技术的组合数据库

42550000个针尖环绕

426纳米记事簿

427基于PDMS印章的纳米尺度图案——DPN方式

428扫描探针接触印刷

429蘸笔纳米印刷的印章针尖

430两种技术的平衡

431纳米妖怪已经出瓶

参考文献

思考题更精细的化学图案工具

第5章纳米棒、纳米管和纳米线的自组装

51结构单元的组装

52模板法制备纳米线

53直径可控的金纳米棒

54组成可调的纳米棒

55条码纳米棒的正交自组装

56纳米盘编码

57表面增强拉曼光谱

58自组装纳米棒

59磁性纳米棒束

510磁性纳米棒与磁性纳米簇

511吸引生物分子

512多级有序纳米棒

513纳米棒器件

514用具有纳米孔道的模板制备纳米管

515由纳米棒层层沉积制备纳米管

516单晶半导体纳米线的合成

517气液固相纳米线合成

518纳米线取向生长的控制因素

519等离子体与催化的结合

520纳米线的量子尺寸效应

521单一来源的前驱体

522超临界流体——液态固态合成

523超细纳米线——纳米热电学

524多种组成和构型的纳米线

525纳米针

526操控纳米线

527膜泡中的纳米管和纳米线

528交叉的半导体纳米线——最小的发光二极管

529纳米线二极管和晶体管

530纳米线传感器

531纳米线催化电子器件

532纳米线异质结构

533纵向超晶格纳米线

534纳米离子学：纳米棒的离子交换

535同轴纳米线异质结构

536分支纳米线

537同轴门控纳米线晶体管

538垂直纳米线场效应晶体管

539集成金属半导体纳米线——纳米级电触点

540光子驱动纳米线激光

541电驱动纳米线激光

542紫外纳米线探测器

543复合纳米线

544用纳米线制备单晶纳米管

545纳米线的溶液相合成

546纺丝纳米线器件

547电纺丝法制备空心纳米纤维

548碳纳米管

549碳纳米管的结构和电学性质

550弹道传输

551碳纳米管纳米力学

552碳纳米管化学

553排成一行的碳纳米管

554碳纳米管光子晶体

555随心所欲地放置碳纳米管

556挑战纳米线间隙

557集成纳米线的纳米电子器件

558硅纳米线太阳能电池——自供电的纳米电子设备

559透明纳米电子电路

560压电式纳米线发电机

561碳纳米管无线电接收器

562硅纳米线纳米机电系统：高频谐振器和超高灵敏度质量监测系统

563记忆犹新的纳米线

564长篇大论之后的一点思考

参考文献

思考题线、棒、管、低维度

第6章纳米晶体的合成与自组装

61结构单元的组装

62纳米晶体、纳米簇还是纳米颗粒？

63包覆半导体纳米晶体的合成

64纳米晶体箱中的电子和空穴

65纳米团簇相变

66观测纳米晶体的生长

67纳米烧杯中的纳米晶体

68包覆的金纳米晶体——纳米淘金潮

69硫醇配体包覆金纳米簇的单晶X射线衍射结构

610烷基硫醇包覆金纳米簇的检测

611包覆纳米晶体的分类

612纳米晶体的研究热潮

613包覆纳米晶体的结构和形貌

614烷基硫醇包覆银纳米晶体超晶格

615活性表面等离子体——可调的银纳米晶体超晶格

616纳米晶体组成的晶体

617导电的纳米晶体超晶格

618纳米协同效应

619如果你不喜欢有机物

620二元纳米晶体超晶格

621包覆磁性纳米晶体超晶格——高密度数据存储材料

622包覆纳米晶体的软印刷

623利用蒸发组织纳米晶体

624纳米“漏斗”底部的宝贝

625电致发光半导体纳米晶体

626全彩纳米晶体聚合物复合材料

627轻触纳米晶体开关

628光致变色的金属纳米晶体

629水溶性纳米晶体

630生物分子与包覆半导体纳米晶体

631用于癌症治疗的热纳米棒

632纳米金颜色的来源

633纳米晶体DNA传感器——精益求精

634识别指纹的纳米晶体

635DNA金联合探测汞

636纳米晶体半导体合金及其拓展

637核壳磁性合金纳米晶体

638纳米晶体的孔洞

639半导体纳米晶体的延伸和拓展

640无机树枝状结构

641超支化纳米晶体

642纳米金末端——纳米棒的接触

643纳米晶体二聚体、异质二聚体、异质三聚体和链的设计组装

644碳纳米团簇——巴基球

645用C60构筑纳米器件

646用C60进行碳催化

参考文献

思考题纳米晶体、量子点、量子尺度效应

第7章微球——来自烧杯的颜色

71自然界的光子晶体

72光子晶体

73光子学中的半导体

74缺陷，缺陷，还是缺陷

75用光来计算

76颜色调节

77将自然界的光子晶体技术用于实验室

78微球结构单元

79二氧化硅微球

710聚合物微球

711多层微球

712微球合成和微流体反应器中的微气泡产生

713图案化的微球——内部和外部

714微球自组装基础

715微球自组装——晶体和薄膜

716胶体晶体流体

717超越微球的面心立方堆积

718模板——限域作用和外延生长

719展开多彩的蛋白石地毯

720光子晶体球

721有识别能力的胶体晶体

722光子晶体纤维

723胶体晶体的光学性质——BraggSnell定律

724胶体晶体的基本光学性质

725如何才称得上完美

726开裂的矛盾

727合成完全光子带隙

728从介电微球牢笼里逃出——单分散金属微球的自下而上和自上而下合成

729写出缺陷

730智能化的平面缺陷

731更聪明的平面缺陷

732基于光的光开关

733热致变色胶体光子晶体开关

734液晶光子晶体

735内部的光源

736光子墨水

737全色光子晶体显示

738弹性光子晶体——彩色指纹提取与防伪

739磁调制的光子晶体——磁性液体颜色

740电场调制颜色的胶体晶体

741颜色振荡

742光子晶体传感器

743胶体晶体色谱

744穿过胶体晶体的高分子

745快速路上的慢光子

746增强的和方向依赖的光催化

747在硅太阳能电池中增强光电导率

748光子晶体加密

749美杜莎化学——石头的蝴蝶

750凝视光子晶体

参考文献

思考题胶体组装、胶体晶体、胶体晶体器件、结构颜色

第8章软结构单元构筑的微孔和介孔材料

81逃离沸石的囚笼

82多孔材料的元素组成

83微孔材料的模块自组装

84储氢配合物多孔材料

85结晶共价有机骨架材料

86微孔材料的总结与展望

87介观尺度软结构单元

88介观生长——界面和介观外延

89介观生长和拓扑缺陷

810介观生长——胶束还是液晶模板

811介观尺度的蛋白石结构

812设计介孔材料

813尺度调整

814介观结构与维度

815阳极氧化铝多孔膜中的介孔取向

816制备垂直取向的介孔孔道

817垂直取向介观孔道的其他方法

818电化学辅助组装垂直孔道的有序介孔二氧化硅薄膜

819介观形貌——球或其他形状

820有望用于高效液相色谱的有序介孔有机硅材料

821介观形貌——曲面形貌的可控合成

822介观形貌——手性介孔二氧化硅

823介观形貌——图案化薄膜，软印刷和微模塑形

824介观组成——前驱体的性质

825介孔孔壁的功能化

826骨架中的有机基团

827一步法合成介孔结构酚醛树脂材料和复制碳结构

828介孔复制

829有序介孔二氧化硅形貌的复制

830介观结构

831有序介孔二氧化硅中的近结晶孔壁

832介孔中的客体

833介孔二氧化硅纳米粒子用于智能药物缓释

834穿越不可透过膜

835包覆纳米晶体

836在介孔二氧化硅中标记时间——光学存储的新途径

837有序介孔二氧化硅——聚合物杂化材料

838介观化学——中间尺度上的材料合成

参考文献

思考题模板、前驱体、孔材料

第9章嵌段共聚物的自组装

91纳米化学中无处不在的聚合物

92嵌段共聚物自组装

93组装无机聚合物

94嵌段多肽

95嵌段共聚物的生物工厂

96嵌段共聚物薄膜

97电致有序

98嵌段共聚物的空间受限

99嵌段共聚物的三维空间受限

910纳米外延

911胶束制备

912活性嵌段共聚物产生的活性柱状胶束

913通过嵌段共聚物胶束的层层自组装构筑纳米孔抗反射涂层

914超分子组装

915超分子蘑菇结构

916来自光波尺度嵌段共聚物的结构颜色

917一维嵌段共聚物空间受限——多级布拉格反射镜

918颜色可调的嵌段共聚物凝胶布拉格反射镜

919驾驭刚性棒

920纳米结构陶瓷

921纳米单体

922嵌段共聚物刻蚀

923装饰嵌段共聚物

924嵌段共聚物的润湿性

925嵌段共聚物中的纳米线

参考文献

思考题嵌段共聚物自组装纳米结构

第10章生物材料与生物启示

101捷足先登的大自然

102模仿还是应用？

103真假化石

104大自然的雕塑作品

105从古到今的合成形态学

106仿生学

107材料设计的生物启示

108生物矿化和仿生模拟

109形态合成——复杂形貌的无机材料

1010形态合成——棘皮动物与嵌段共聚物

1011磷酸铝的形貌

1012化学合成的人工骨骼

1013矿化纳米纤维

1014蚊眼仿生——合成抗雾表面

1015生物启发——化学驱动的纳米棒电动机

1016生物启发——向自然学习

1017生物启发——病毒外壳引导的纳米簇合成

1018生物材料——借助自然

1019闪金光的病毒

1020核酸引导的纳米簇组装

1021DNA编码的纳米簇链

1022用DNA构筑材料

1023用你的DNA画一个笑脸

1024细菌引导的材料自组装

1025借助病毒的组装

1026磁性蛛丝

1027用作掩模的S层蛋白

1028自上而下制备的光子晶体

1029生命形态的聚合物

1030选择性的表面结合

1031纳米线的进化

1032生物分子马达——随处可见的纳米机器

1033生物马达是如何工作的

1034行走的驱动蛋白

1035以肌肉为动力的纳米机器

1036细菌动力

1037ATP酶——生物马达纳米螺旋桨

1038来自生物的启示

参考文献

思考题有机质、生物矿化、仿生、生物启发

第11章大尺度结构单元的自组装

111超微米结构的自组装

112基于毛细作用的自组装

113大尺度多面体结构单元的“结晶”

114二维和三维电路和器件的自组装

115微米尺度平面结构单元的“结晶”

116带有图案化表面多面体的自构筑

117大尺度球形结构单元自组装成三维“晶体”

118合成的微机电系统？

119接触带电——带电球的有序排列

1110磁性自组装

1111动态自组装

1112自主的自组装

1113自组装与合成生命

参考文献

思考题静态和动态，毛细作用，形状组装

第12章纳米及纳米之外

121自组装的未来

122微流体

123单纳米线太阳能电池

124可拉伸硅

125用金来抑制HIV

126变脸的纳米立方体

127纳米矿物质

128纳米火箭

129空心纳米结构

1210在纳米尺度上输运

1211用3D黏墨书写

1212纳米线掩模

1213液体激光器

1214用纳米线和纳米晶体修复

1215通过DNA组装纳米晶体

1216石墨烯——电子学的王子？

1217自愈合材料

1218多铁性材料

1219材料的逆组装

1220更重要的——“下一代”材料

参考文献

思考题纳米集萃

第13章纳米化学实验室

131荧光纳米环阵列

132铁磁性纳米晶体阵列

133沸石膜

134电致变色的装置

135尺度减小的软印刷

136条码磁性纳米棒的自组装

137碳纳米管场发射显示器

138光导硒纳米线

139金属胶体

1310金属非金属转变

1311量子点的近红外发射

1312纳米烧杯中的纳米晶体

1313胶体光子晶体的指纹识别

1314胶态晶体的毛细管柱

1315低介电常数薄膜

1316嵌段共聚物蚀刻

1317病毒引导的矿化

1318生物材料模板

1319宏观尺度自组装

1320胶体晶体的形状

附录A“自组装”一词的起源

参考文献

附录B纳米化学的起源

参考文献

附录C纳米粒子的细胞毒性

参考文献

索引717