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1 绪论 朱静1

1.1 纳米科技的提出和发展1

1.2 纳米材料和器件及其特性4

1.2.1 纳米材料的种类4

1.2.2 量子尺寸效应——准连续能带消失，分立能级出现8

1.2.3 激子 激子玻尔半径 激子效应9

1.2.4 库仑阻塞效应和单电子器件12

1.2.5 纳米晶-非晶软磁材料中的磁交换长度13

1.2.6 自旋相关电子散射——GMR、自旋阀CMR15

1.2.7 有机分子材料17

1.2.8 纳米材料的表面效应17

1.3.1 从材料到器件19

1.3 纳米材料和器件的制备及加工19

1.3.2 发光二极管——人工多层膜20

1.3.3 自生长和自组装——量子点发光晶体21

1.3.4 透射电子显微镜下加工硅量子器件22

1.3.5 扫描隧道显微镜——实现单原子操纵23

1.3.6 光刻技术和电子束、离子束加工技术23

1.4 纳米材料和器件的测量和表征23

1.4.1 金纳米线的制备、量子化的电导特性和结构特征24

1.4.2 “量子海市蜃楼”——表面形貌拓扑图和扫描隧道谱26

1.4.3 纳米碳管螺旋度和导电性的测定28

1.4.4 拉曼光谱30

参考文献32

2.1 导言35

2 碳纳米管的可控制生长与物理性质 范守善 戴宏杰35

2.2 各种碳纳米管结构的合成方法36

2.2.1 化学气相沉积法36

2.2.2 自取向多壁碳纳米管的生长37

2.2.3 多壁碳纳米管的生长机理38

2.2.4 阳极氧化铝(AAO)模板合成碳纳米管阵列43

2.2.5 单壁碳纳米管(SWNTs)的CVD合成47

2.2.6 单壁碳纳米管的生长模式48

2.2.7 离散单壁碳纳米管的表面定位生长49

2.2.8 悬挂式单壁碳纳米管的定向生长50

2.3 连续碳纳米管线及其潜在应用52

2.3.1 制备连续碳纳米管线52

2.3.2 利用碳纳米管线构筑光学偏振片54

2.3.3 碳纳米管线构筑灯丝55

2.3.4 碳纳米管构筑偏振光源57

2.4 结束语59

参考文献60

3 功能纳米结构的化学控制合成与组装 李亚栋 董亚杰63

3.1 前言63

3.1.1 纳米结构的概念63

3.1.2 纳米结构体系特性与意义63

3.2 功能纳米结构基元的化学控制合成65

3.2.1 纳米粒子一般合成方法66

3.2.2 构造纳米链70

3.2.3 构造纳米线、纳米纤维或纳米管71

3.2.4 构造纳米带74

3.3 功能纳米结构的组装75

3.3.1 人工组装与自组装概念76

3.3.2 人工组装76

3.3.3 纳米结构的自组装体系77

3.3.4 模板法82

3.3.5 一维纳米结构的组装87

3.4 结束语95

参考文献96

4.1 引言100

4.1.1 自组装与分子自组装100

4 过程仿生——自组装与材料 李恒德 蔡强 崔福斋100

4.1.2 自组装的工作原理101

4.1.3 自组装的意义104

4.2 自组装法制备材料的实例105

4.2.1 从微接触印刷到毛细管显微造型106

4.2.2 从ZSM-5到分子印制——超分子类自组装108

4.2.3 从介孔材料到纳米铸造112

4.2.4 从胶体晶体到宏观的多面体模块自组装116

4.2.5 生物矿化及仿生材料的自组装118

4.3 结语与展望121

参考文献122

5 分子电子学 华中一126

5.1 引言126

5.2 分子开关与存储器128

5.3 单分子开关129

5.4 三种单分子电双稳材料130

5.5 单分子整流器133

5.6 单分子闸流管135

5.7 可组装的分子电子器件136

5.8 分子电子学：任重而道远137

参考文献138

6 低维半导体结构和量子器件 王占国140

6.1 引言140

6.2 低维半导体结构的制备和评价技术141

6.2.1 半导体超晶格、量子阱材料141

6.2.2 半导体超晶格微结构生长和微细加工工艺相结合的制备技术148

6.2.3 应变自组装量子点(结构)生长技术150

6.2.4 低维半导体材料的其他制备技术152

6.2.5 低维半导体材料的评价技术153

6.3 低维半导体材料的电子结构156

6.3.1 电子在不同维度材料中运动的波函数、本征能量和态密度函数156

6.3.2 其他势阱下电子在量子线(ID)中运动的波函数和本征能量160

6.3.3 其他势阱下电子在量子点(OD)中运动的波函数和本征能量161

6.4 固态量子器件研制进展及应用164

6.4.1 基于超晶格、量子阱材料的量子器件164

6.4.2 固态纳米电子器件179

6.4.3 量子点激光材料及激光器185

6.4.4 分子电子学器件187

6.4.5 量子比特构造和量子计算机189

6.5.1 存在问题190

6.5 低维半导体结构材料制备存在的问题和量子器件发展趋势190

6.5.2 量子器件发展趋势191

6.6 小结和致谢192

参考文献192

7 纳电子学 薛增泉195

7.1 引言195

7.1.1 三代电子器件195

7.1.2 微电子器件发展的下一代197

7.1.3 科学发展的新时代198

7.2 基本效应200

7.2.1 单电子与相位信息200

7.2.2 四个基本现象201

7.3 基础理论202

7.3.1 Landauer-Butticker电导公式203

7.3.2 单电荷隧穿205

7.3.3 单隧道结的隧穿速率210

7.4 纳电子器件214

7.4.1 电子共振隧穿器件215

7.4.2 二维电子气(2DEG)215

7.4.3 量子点接触216

7.4.4 量子点场效应晶体管217

7.4.5 量子线218

7.4.6 纵向库仑阻塞结构219

7.4.7 基于隧穿结构造的单电子器件219

7.5.1 信号载流子与相干特性223

7.5 纳电子器件集成特性223

7.5.2 纳电子集成电路与计算224

参考文献226

8 低维纳米结构的量子特性及计算设计 朱嘉麟 熊家炯227

8.1 前言227

8.2 超晶格概念的提出与实现：人工低维纳米结构研究与应用的开端229

8.3 半导体量子点特性的理论分析与预测234

8.3.1 量子点的类型及其制备234

8.3.2 量子点电子结构及若干物理特性的预测238

8.3.3 量子点中的激子与光学特性246

8.3.4 量子点特性研究中发现的一些新现象250

8.3.5 量子点的应用举例254

8.3.6 量子点的发展前景260

8.4 纳米环和纳米管研究中的理论分析262

8.4.1 纳米环262

8.4.2 碳纳米管研究的进展268

参考文献275

9 生物芯片 程京 邢婉丽280

9.1 生物芯片概述280

9.1.1 生物芯片的定义280

9.1.2 生物芯片的起源280

9.1.3 生物芯片的分类281

9.2 样品制备型生物芯片281

9.2.1 样品制备型生物芯片的特点和重要性282

9.2.2 样品制备型生物芯片的制作方法282

9.2.3 样品制备型生物芯片的分类283

9.2.4 技术难点和展望295

9.3 微反应芯片296

9.3.1 微反应芯片的特点和优势296

9.3.2 微反应芯片的研究进展297

9.3.3 微反应芯片的应用300

9.3.4 微反应芯片研究的技术难点及展望307

9.4 检测型生物芯片307

9.4.1 微阵列芯片308

9.4.2 微流体芯片323

9.5 微缩芯片实验室336

参考文献340

10.1.1 微系统348

10.1 引言348

10 微系统和纳系统 周兆英 袁松梅 冯焱颖348

10.1.2 纳系统350

10.2 微系统技术352

10.2.1 微系统的概念和应用352

10.2.2 传统的尺寸效应354

10.2.3 微制造技术356

10.2.4 微器件举例362

10.2.5 信息微系统和生物微系统371

10.2.6 基于隧道效应的微器件376

10.3 纳系统技术378

10.3.1 概述378

10.3.2 纳机械380

10.3.3 纳电子器件和系统385

10.3.4 纳流体器件和系统387

10.3.5 生物纳系统388

10.4 结束语390

10.4.1 制造技术是微、纳系统发展的基础390

10.4.2 应用和产业化问题391

10.4.3 简单的比较392

参考文献393

11 纳米结构的特性检测 叶恒强 朱静 薛其坤397

11.1 引言397

11.1.1 纳米结构的表征和测量与其制备加工发展同步397

11.1.2 纳米尺度表征与测量的难度398

11.1.3 技术概述399

11.2.1 电子显微分析的基本功能401

11.2 电子显微分析401

11.2.2 原子像中的元素分辨418

11.2.3 用高分辨电子能量损失谱分析电子结构421

11.2.4 电子束制备纳米结构及原位分析423

11.2.5 低压扫描电子显微术428

11.3 扫描探针分析429

11.3.1 原理简介430

11.3.2 应用实例432

11.3.3 原子操纵与原位表征437

11.3.4 薄膜和低维纳米结构生长441

11.3.5 其他扫描探针显微术443

参考文献445