第1章納米材料的
1.1納米材料的定義與分類 1
1.1.1納米材料的定義 1
1.1.2納米材料的分類 2
1.1.3納米材料的新特性 3
1.2納米材料的基本 5
1.2.1 5
1.2.2一維納米結構 11
1.2.3二維納米結構 13
習題 15
參考文獻 15

第2章納米材料的基本理論
2.1納米材料的能帶理論 17
2.1.1固體能帶理論簡介 17
2.1.2納米材料的能帶理論 20
2.2表面與界面效應 21
2.2.1納米材料的表面原子 22
2.2.2納米材料的表面能 23
2.2.3表面重構與表面態 24
2.3小尺寸效應 26
2.3.1小尺寸效應定義 27
2.3.2小尺寸效應對納米材料性質的影響 27
2.4量子尺寸效應 31
2.4.1量子概念與能級 31
2.4.2量子尺寸效應對納米材料性質的影響 32
2.5宏觀量子隧道效應 33
2.5.1宏觀量子隧道效應的定義 33
2.5.2彈道傳輸 33
2.5.3非彈性隧穿 34
2.6納米材料的其他效應 35
2.6.1庫侖堵塞效應 35
2.6.2介電限域效應 35
2.6.3量子限域效應 36
習題 36
參考文獻 37

第3章納米材料的物理特性
3.1納米材料的力學性能 38
3.1.1納米材料的彈性 39
3.1.2納米材料的強度與硬度 40
3.1.3納米材料的塑性 42
3.1.4納米材料的超塑性 43
3.1.5納米金屬材料的強度與塑性 44
3.2納米材料的熱學性能 46
3.2.1納米材料的熔點 46
3.2.2納米材料的熱導率 47
3.2.3納米材料的比熱容 48
3.2.4納米材料的熱膨脹 50
3.3納米材料的光學性能 51
3.3.1納米材料的光吸收 51
3.3.2納米材料的顏色 53
3.3.3納米材料的發光 54
3.3.4納米材料的磁光效應 57
3.4納米材料的電學性能 60
3.4.1納米材料的電阻率 61
3.4.2納米材料的熱電性能 64
3.4.3納米材料的超導性能 65
3.4.4納米材料的介電性能 66
3.4.5納米材料的壓電性能 67
3.5納米材料的磁學性能 68
3.5.1納米磁性材料的磁矩 68
3.5.2納米磁性材料的居裡溫度 69
3.5.3納米磁性材料的飽和磁化強度與矯頑力 69
3.5.4納米磁性材料的巨磁阻效應 71
習題 72
參考文獻 72

第4章納米材料的化學特性
4.1納米材料的自組裝 76
4.1.1自組裝特性 77
4.1.2自組裝機理 78
4.1.3自組裝實例 80
4.2納米材料的吸附特性 83
4.2.1非電解質吸附 83
4.2.2電解質吸附 84
4.3納米材料的催化特性 85
4.3.1納米金屬催化 85
4.3.2半導體納米顆粒的光催化 86
4.3.3納米金屬和半導體粒子的熱催化 87
4.4納米材料的晶體特性 87
4.5納米材料的表面缺陷特性 89
4.6納米材料的團聚特性 93
4.6.1團聚特性簡介 93
4.6.2團聚動力學模型 96
習題 98
參考文獻 99

第5章納米材料的制備
5.1零維納米材料的制備 101
5.1.1零維納米材料制備概述 101
5.1.2典型零維納米材料的制備 102
5.1.3微孔和介孔納米材料的制備 108
5.2一維納米材料的制備 112
5.2.1一維納米材料概述 112
5.2.2典型一維碳納米管的制備 112
5.2.3模板合成 113
5.3二維納米薄膜的制備 115
5.3.1二維納米薄膜概述 115
5.3.2二維納米薄膜生長的原理 116
5.3.3二維納米薄膜的制備方法 117
5.4納米復合材料的制備 123
5.4.1納米復合材料概述 123
5.4.2核殼結構材料的制備 123
5.4.3插層納米復合材料的制備 125
5.4.4陶瓷基納米復合材料的制備 125
5.4.5金屬基納米復合材料的制備 126
5.4.6聚合物納米復合材料的制備 127
習題 129
參考文獻 129

第6章納米材料的分析表征
6.1納米材料的結構分析 131
6.1.1納米材料的有序度分析 131
6.1.2納米材料的分子結構解析 136
6.2納米材料的粒度分析 140
6.2.1粒度分析的概念 140
6.2.2粒度分析的意義 141
6.2.3粒度分析方法 141
6.3納米材料的形貌分析 143
6.3.1形貌分析的重要性與種類 143
6.3.2掃描電子顯微鏡形貌分析 144
6.3.3透射電子顯微鏡形貌分析 144
6.3.4掃描隧道顯微鏡形貌分析 147
6.4納米材料的成分分析 149
6.4.1成分分析的重要性與種類 149
6.4.2表面與微區成分分析 149
6.4.素成分分析 151
6.5納米材料表面電子結構的分析 153
6.5.1X射線光電子能譜 153
6.5.2紫外光電子能譜 156
6.5.3X射線吸收精細結構 157
習題 161
參考文獻 161

第7章先進納米加工技術
7.1納米減材制造技術 165
7.1.1光學曝光技術 165
7.1.2短波長曝光技術 173
7.1.3激光加工技術 176
7.1.4納米壓印技術 179
7.1.5刻蝕技術 183
7.1.6聚焦離子束技術 188
7.2納米增材制造技術 189
7.2.1薄膜沉積技術 189
7.2.2薄膜剝離技術 196
7.2.3噴墨打印技術 199
7.2.43D打印技術 200
習題 201
參考文獻 201

第8章納米材料與納米技術的應用
8.1納米材料與納米技術在能量收集領域的應用 204
8.1.1納米發電機概述 205
8.1.2納米發電機的理論基礎 205
8.1.3納米發電機的工作機理 208
8.1.4納米材料和納米技術在納米發電機中的應用 208
8.2納米材料和納米技術在電化學能源領域的應用 215
8.2.1納米材料和納米技術在鋰離子電池中的應用 216
8.2.2納米材料和納米技術在超級電容器中的應用 219
8.2.3納米材料和納米技術在燃料電池中的應用 228
8.3納米材料與納米技術在信息領域的應用 231
8.3.1納米信息探測材料 232
8.3.2納米信息傳輸材料 234
8.3.3納米信息存儲材料 235
8.4納米材料和納米技術在無線傳感領域的應用 237
8.4.1納米材料與無線傳感 237
8.4.2納米技術與多功能傳感集成繫統 240
8.5納米材料和納米技術在生物醫學領域的應用 243
8.5.1納米生物材料簡介 243
8.5.2納米材料在生物醫學領域的應用 247
習題 249
參考文獻 250

我國高等工程教育為應對全球形勢、國內工程教育發展形勢和服務國家戰略，於2017年首次提出了“新工科”理念。在高等工程教育改革方案中，改造升級傳統工科、發展新工科專業和多學科交叉融合的新專業成為“新工科”的主要改革方向。納米材料與納米技術知識體繫豐富，可為凝聚態物理學、半導體材料與器件、功能材料、復合材料、能源與動力工程、環境科學、生物醫學材料等多學科專業提供相關的材料與技術基礎。先進納米材料與納米技術支撐了電子信息、新能源、航空航天、儀器儀表、生物醫藥等高新技術中新材料、新產品以及新工藝技術的成功研制；納米材料與納米技術近年來的高速發展，推動了新能源材料與器件、智能科學與技術、光電信息科學與工程等新型領域的發展進程。
在從事教學的過程中，深感需要一本較多反映近年來納米材料與納米技術發展的教學用書或參考書，這是筆者編寫本書的初衷。
與國內同類教材相比，本書具有三個方面的特色。
（1）重視基礎、精選內容
編著者七年來一直從事本科生納米材料與納米技術專業課程的教學工作，不斷改進和精進該課程的教學內容、教學方法以及教學理念。該教材是在編著者長期從事本科教學和科學研究的基礎上總結出來的，具有良好的適用性，教學內容也得到了本科生的普遍認可和好評。
（2）教研相長、繫統深入
采取“基礎—性能—應用”的基本編寫思路，首先繫統詳盡地闡述納米材料的結構及其基本物理理論。在此基礎上，深入分析和總結納米材料的理化性質，闡述納米技術調控、納米材料理化性質的基本思路、方法，並闡明納米器件的通用性和獨特性。後，結合近年來的研究成果，總結與分析納米材料與納米器件在電子、能源、傳感領域中的適用性。
（3）注重新意、與時俱進
本書專門討論了納米材料與納米技術在能源采集與存儲、無線傳感技術中的應用，填補了同類圖書在此領域的空白，具有獨特性；而且，本書繫統地介紹了先進納米加工技術的基礎知識和應用領域，這些納米加工技術在目前的研究和生產中廣受關注。
在編寫本書的過程中，黃海超、田果、熊達、徐忠、闫成、謝岩廷和儲翔博士研究生為本書的內容選取搜集了大量資料，參與了本書部分章節的編寫，並對本書內容的組織提出了許多寶貴意見，在此表示感謝。本書編寫的過程中，西南交通大學劉妍副教授、李文和靳龍老師給出了許多建設性意見，在此表示感謝。
限於編著者水平，本書難免存在疏漏之處，希望得到相關專家和讀者的批評指正。

編著者
2022年7月