《纳米材料与纳米技术》是高等学校教材。全书介绍了纳米材料的结构和性能以及制备方法，并讲述了纳米材料的应用和纳米材料与技术的新进展。《纳米材料与纳米技术》主要任务是使材料专业本科生对纳米材料有一个比较广泛的了解。通过本课程的学习可了解到纳米材料和技术的发展趋势，掌握纳米材料的基本知识和基本理论，包括纳米颗粒，纳米管线，纳米薄膜，纳米固体材料，纳米结构的概念、特点、性能和制备方法等。全书共分9章，第1章综述了纳米材料与纳米技术的发展历程；第2章讲述了纳米材料的分类、概念及其特性；第3章讲解了纳米粉体材料的制备技术及其特点；第4章到第6章分别介绍了一维纳米碳管、纳米固体材料、介孔材料的特点及其制备方法；第7章是纳米材料的分析表征技术；第8章叙述了纳米材料的应用；第9章为有关纳米材料的潜在危害。 《纳米材料与纳米技术》适合从事或有兴趣于纳米材料与纳米技术研究或教学的教师、研究生、本科生等人员阅读，另外，有些章节也可作为科普读物。
本书介绍了纳米材料的结构和性能以及制备方法，并讲述了纳米材料的应用和纳米材料与技术的新进展。全书共分9章，主要内容包括：绪论·纳米材料·纳米粉体制备·一维纳米材料——纳米碳管·纳米固体材料·介孔材料等。本书适合从事或有兴趣于纳米材料与纳米技术研究或教学的教师、研究生、本科生等人员阅读，另外，有些章节也可作为科普读物。
纳米材料与纳米技术的灵感，来自于诺贝尔奖获得者Richard Feynman于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲。他以“由下而上的方法”（bottom up）出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大地扩充我们获得物性的范围。”
预言至今，纳米材料与纳米技术研究领域迅速拓宽，内涵不断扩展。目前，普遍接受的定义为基本单元的颗粒或晶粒尺寸至少在一维上小于100nm，且必须具有与常规材料截然不同的光、电、热、化学或力学性能的一类材料体系。纳米材料的奇异性是由于其构成基本单元的尺寸及其特殊的界面、表面结构所决定的。纳米科技是面向尺寸在1~100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及在应用中实现特有功能和智能作用的技术问题，发展纳米尺度的探测和操纵。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的尺寸、更深的层次发展，将从微米层次深入至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要，操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学、纳米测量学八个相对独立又相互渗透的学科。纳米科学与技术又分为纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。扫描隧道显微镜（STM）在纳米科技中占有重要的地位，它贯穿到七个分支领域中，以其为分析和加工手段所做的工作占一半以上。
纳米材料与纳米技术的发展为新材料开发开拓了一条全新的途径，并注入了新的活力，必将推动信息、能源、环境、生物、农业、国防等领域的技术创新，称为继工业革命以来三次主导技术引发的产业革命之后的第四次浪潮的基础。为了让大学生、硕士生了解和认识纳米材料与纳米技术的基本知识、方法、概念和发展趋势，我们为大学高年级本科生和硕士生开设了纳米材料与纳米技术选修课，本书就是在这门选修课讲义的基础上编写而成的。通过本课程的学习，让学生能够基本了解和认识到纳米材料与纳米技术的方方面面，掌握相关内容的原理，为其奠定一定的纳米材料与纳米技术的理论基础，有利于以后开展相关工作。
第1章 绪论1
1.1 纳米材料与纳米技术发展历史1
1.1.1 纳米材料与纳米技术的诞生1
1.1.2 纳米材料与纳米技术的发展1
1.2 中国纳米材料与技术发展概况3
1.3 纳米材料热点领域的新进展6
1.3.1 纳米组装体系的设计和研究6
1.3.2 高性能纳米结构材料的合成7
1.3.3 纳米添加使传统材料改性7
1.3.4 纳米涂层材料的设计与合成7
1.3.5 纳米颗粒表面修饰和包覆的研究8
参考文献8
第2章 纳米材料9
2.1 纳米材料的分类9
2.1.1 纳米微粒9
2.1.2 纳米固体10
2.1.3 纳米组装体系11
2.2 纳米材料的性质11
2.2.1 纳米材料的表面效应12
2.2.2 纳米材料的小尺寸效应12
2.2.2.1 特殊的光学性质13
2.2.2.2 特殊的热学性质13
2.2.2.3 特殊的磁学性质14
2.2.2.4 特殊的力学性质14
2.2.2.5 电学性质14
2.2.3 纳米材料的宏观量子隧道效应14
2.3 纳米材料的团聚与分散15
2.3.1 纳米材料的团聚15
2.3.2 纳米颗粒在液体介质中的团聚机理16
2.3.3 纳米颗粒在气体介质中的团聚机理18
2.3.4 纳米颗粒的分散19
2.3.5 气体介质中纳米粉体分散技术与机理19
2.3.6 液体介质中纳米粉体分散技术与机理20
2.4 纳米颗粒表面修饰21
2.4.1 表面物理改性21
2.4.2 表面化学改性21
参考文献23
第3章 纳米粉体制备25
3.1 纳米粉体材料的物理法制备25
3.1.1 蒸发冷凝法25
3.1.1.1 电阻加热法26
3.1.1.2 高频感应法26
3.1.1.3 溅射法26
3.1.1.4 流动液面真空蒸镀法26
3.1.1.5 通电加热蒸发法27
3.1.1.6 混合等离子体法27
3.1.1.7 激光诱导化学气相沉积（LICVD）28
3.1.1.8 化学蒸发凝聚法（CVC）29
3.1.1.9 爆炸丝法29
3.1.2 机械合金化（MA）29
3.1.2.1 MA物理过程29
3.1.2.2 MA工艺过程30
3.1.2.3 MA工艺特点30
3.1.2.4 MA工艺的主要影响因素31
3.1.2.5 MA工艺中的理论研究33
3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备37
3.2.1 液相中生成固相微粒的机理37
3.2.2 溶胶凝胶法（SolGel）39
3.2.2.1 溶胶凝胶技术的原理39
3.2.2.2 溶胶凝胶技术的前驱体分析40
3.2.2.3 溶胶凝胶技术的应用举例41
3.2.3 微乳液技术44
3.2.3.1 微乳反应器原理45
3.2.3.2 微乳反应器的形成及结构45
3.2.3.3 微乳液法的应用举例47
3.2.4 喷雾热分解（SP）法48
3.2.4.1 喷雾技术48
3.2.4.2 喷雾热分解合成步骤49
3.2.4.3 喷雾热分解应用举例51
3.2.5 水热法52
3.2.5.1 水热法原理及特点53
3.2.5.2 水热法的装置——高压釜54
3.2.5.3 水热法的分类54
3.2.5.4 水热法应用举例55
3.2.6 沉淀法56
3.2.6.1 沉淀法的原理56
3.2.6.2 沉淀法原料选择及溶液配制57
3.2.6.3 沉淀法的应用举例57
3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备59
3.3.1 湿声化学法简介59
3.3.2 湿声化学法工艺过程与特点60
3.3.3 湿声化学法的机理61
3.3.4 湿声化学法的应用举例61
3.3.4.1 PZT粉体合成61
3.3.4.2 SBT粉体合成61
参考文献62
第4章 一维纳米材料——纳米碳管67
4.1 纳米碳管的性质及其应用67
4.1.1 纳米碳管的结构67
4.1.2 纳米碳管的性质68
4.1.3 纳米碳管的应用69
4.1.3.1 纳米电子学方面69
4.1.3.2 复合材料领域70
4.1.3.3 能源方面71
4.1.3.4 医疗领域及生物工程71
4.1.3.5 化学领域72
4.2 纳米碳管的制备73
4.2.1 电弧法73
4.2.2 催化裂解法（CVD）74
4.2.3 激光蒸发法75
4.2.4 化学气相沉积法76
4.2.5 热解聚合物法76
参考文献77
第5章 纳米固体材料79
5.1 纳米固体材料的分类79
5.2 纳米固体材料的微结构及其特性81
5.2.1 类气态模型82
5.2.2 扩展结构82
5.2.3 短程有序82
5.2.4 界面缺陷态模型82
5.2.5 界面可变结构模型82
5.3 纳米陶瓷83
5.3.1 纳米陶瓷的性质与应用83
5.3.1.1 力学性能及应用83
5.3.1.2 电学性能及应用83
5.3.1.3 光学性能及应用83
5.3.1.4 磁学性能及应用84
5.3.1.5 催化性能及应用84
5.3.1.6 敏感性能及应用84
5.3.1.7 其他性能及应用84
5.3.2 纳米陶瓷的制备84
5.3.2.1 纳米陶瓷的成型84
5.3.2.2 纳米陶瓷的烧结85
5.4 纳米薄膜86
5.4.1 纳米薄膜的分类86
5.4.2 纳米薄膜的特性87
5.4.2.1 机械力学性能87
5.4.2.2 电磁学性能87
5.4.2.3 光学性能88
5.4.2.4 气敏特性88
5.4.3 纳米薄膜的制备88
5.4.3.1 薄膜的形成过程与影响因素88
5.4.3.2 纳米薄膜的制备技术简介89
5.4.4 纳米薄膜的研究进展93
5.4.4.1 纳米磁性膜93
5.4.4.2 纳米光学膜93
5.4.4.3 纳米气敏膜94
5.4.4.4 纳米润滑膜94
5.5 纳米复合材料94
5.5.1 纳米复合材料的分类95
5.5.1.1 按基体材料分类95
5.5.1.2 按纳米改性剂分类95
5.5.1.3 按制备方法分类95
5.5.2 纳米复合材料的性能与特点95
5.5.2.1 纳米复合材料的基本性能95
5.5.2.2 纳米复合材料的特殊性质96
5.5.3 纳米复合材料的制备方法96
5.5.4 纳米复合材料的研究举例98
5.5.4.1 高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料98
5.5.4.2 模板法合成含镧的层状无机有机纳米复合材料99
5.5.5 纳米固体材料的发展99
参考文献99
第6章 介孔材料103
6.1 介孔材料的分类及特性103
6.2 介孔材料的合成机理104
6.2.1 液晶模板机理104
6.2.2 棒状自组装模型106
6.2.3 电荷密度匹配机理106
6.2.4 协同作用机理106
6.2.5 层状折叠机理107
6.3 介孔材料的制备108
6.3.1 模板剂109
6.3.1.1 模板剂的作用109
6.3.1.2 模板剂的分类及发展110
6.3.1.3 模板剂的脱除111
6.3.2 无机介孔材料的制备112
6.3.3 无机有机杂化介孔材料的制备112
6.4 介孔材料的应用研究112
6.4.1 应用研究113
6.4.1.1 择形吸附与分离113
6.4.1.2 催化113
6.4.1.3 光催化反应113
6.4.1.4 在气体检测传感器方面的应用研究113
6.4.1.5 电容、电极、储氢材料114
6.4.1.6 信息储运114
6.4.2 有序介孔材料的应用领域114
6.4.2.1 化工领域114
6.4.2.2 生物医药领域115
6.4.2.3 环境和能源领域115
6.5 介孔材料研究热点及未来趋势116
参考文献116
第7章 纳米材料的表征120
7.1 粒度表征120
7.1.1 颗粒及颗粒粒度120
7.1.2 粒度分析的意义122
7.1.3 粒度分析方法122
7.1.3.1 显微镜法123
7.1.3.2 电镜观察粒度分析123
7.1.3.3 激光粒度分析123
7.1.3.4 沉降法124
7.1.3.5 X射线衍射线宽法125
7.1.3.6 粒度分析的新进展125
7.2 形貌表征125
7.3 成分分析127
7.4 热分析技术及宏观性质129
7.5 纳米测试技术的发展130
参考文献131
第8章 纳米材料与纳米技术的应用132
8.1 纳米技术在陶瓷领域方面的应用132
8.1.1 纳米技术在普通陶瓷中的应用132
8.1.2 纳米技术在特种陶瓷中的应用133
8.1.2.1 结构陶瓷中的应用133
8.1.2.2 功能陶瓷中的应用134
8.1.3 纳米技术在陶瓷应用中的问题135
8.2 纳米技术在陶瓷工业环保领域的应用136
8.2.1 纳米材料对大气污染的治理136
8.2.2 纳米材料对废水的治理137
8.2.3 纳米材料对噪声的治理138
8.3 纳米技术在微电子学上的应用与前景138
8.3.1 纳米技术在微电子学上的应用138
8.3.2 纳米技术在微电子学上的应用前景139
8.4 纳米材料在化工生产中的应用140
8.4.1 纳米材料在催化方面的应用140
8.4.2 纳米材料在涂料方面的应用140
8.4.3 纳米材料在其他精细化工方面的应用141
8.5 纳米技术在生物工程及医学上的应用141
8.5.1 纳米材料在生物学领域的应用142
8.5.2 纳米生物医学材料的应用142
8.5.3 纳米技术在临床诊断与检测中的应用143
8.5.4 纳米技术在临床治疗中的应用144
8.5.5 纳米技术在基础医学中的应用145
8.6 纳米技术在军事领域上的应用146
8.6.1 纳米电子技术在军事领域的应用146
8.6.1.1 纳米计算机系统147
8.6.1.2 纳米航天及航空技术147
8.6.1.3 微机电系统、“纳米武器”和“纳米军队”148
8.6.2 纳米技术将改变战争形态149
8.6.3 纳米技术在装备上的应用149
8.6.3.1 纳米技术将使发动机产生质的飞跃150
8.6.3.2 纳米技术在润滑油中的应用150
8.6.3.3 纳米技术在燃油上的应用150
8.6.3.4 纳米技术在车辆轮胎上的应用150
8.6.3.5 纳米技术改善车辆尾气150
8.6.3.6 未来纳米装备的轮廓素描151
8.7 纳米技术在其他领域上的应用151
8.7.1 纳米技术在光电领域的应用151
8.7.2 纳米技术在分子组装方面的应用152
8.7.3 纳米技术在能源方面的应用153
8.8 纳米材料与纳米技术的应用前景153
参考文献154
第9章 纳米材料的潜在危害157
参考文献158
在充满机遇与挑战的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子、分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这是关于纳米材料和纳米技术最早的梦想。科学发展至今，验证了费曼的预言和梦想并非空穴来风，纳米材料和纳米技术正如火如荼地向前发展。不少科学家认为，纳米材料与纳米技术的发展及应用在未来会超过计算机，成为信息时代的核心。
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