本書旨在向材料相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生和從事材料行業(yè)的科研人員介紹先進材料的合成與制備技術(shù)。本書共19章，其中既包括一些相對成熟的技術(shù)，如溶膠-凝膠法、水熱法、化學氣相沉積、磁控濺射、蒸發(fā)沉積、提拉法晶體生長等在先進材料合成與制備中的新應用，又涉及近些年發(fā)展起來的材料合成、制備、加工領(lǐng)域的新技術(shù)和新工藝，如溶劑熱法、高溫油相法、微波合成、超聲電化學法、限域合成、原子層沉積、原子層刻蝕、團簇束流沉積、激光脈沖沉積、分子束外延、納米壓印、3D打印和DNA自組裝納米技術(shù)等。本書包含材料合成與制備技術(shù)基本原理的介紹，同時突出材料的先進性和應用的前沿性，反映材料合成與制備技術(shù)中的一些**進展，是理論與實際應用的有機結(jié)合。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 材料的發(fā)展歷史 1
1.2 先進材料及其重要性 4
1.3 先進材料的合成與制備技術(shù) 10
參考文獻 13
第2章 溶膠一凝膠法 14
2.1 概述 14
2.1.1 溶膠一凝膠法簡介 14
2.1.2 溶膠一凝膠法的主要用途和基本流程 14
2.1.3 溶膠一凝膠法的優(yōu)缺點 19
2.2 溶膠一凝膠法制備薄膜 20
2.2.1 制備氧化物薄膜 21
2.2.2 制備硫化物薄膜 24
2.2.3 制備有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜 26
2.2.4 制備有機一無機雜化薄膜 27
2.3 溶膠一凝膠法制備納米晶 30
2.3.1 制備氧化物納米晶 31
2.3.2 制備金屬納米晶 33
參考文獻 34
第3章 水熱和溶劑熱法 38
3.1 概述 38
3.1.1 水熱法 38
3.1.2 水熱物理化學 39
3.1.3 水熱技術(shù)類型 40
3.1.4 溶劑熱法 42
3.2 水熱和溶劑熱法在納米材料制備中的應用進展 43
3.2.1 金屬、半金屬及合金納米材料的合成 44
3.2.2 二元氧族化合物納米材料的合成 52
3.2.3 氮族和碳族化合物納米材料的合成 58
3.2.4 多元化合物納米材料的合成 60
3.2.5 介孔和介結(jié)構(gòu)材料的合成 62
3.2.6 復合納米材料的合成 63
3.3 水熱和溶劑熱法在材料合成中的應用展望 68
參考文獻 68
第4章 高溫油相法 72
4.1 概述 72
4.1.1 高溫油相法簡介 72
4.1.2 高溫油相法的三要素 73
4.1.3 高溫油相法的優(yōu)缺點 74
4.2 高溫油相法成核、生長與提純機理 74
4.2.1 均勻成核基礎(chǔ) 74
4.2.2 晶核的后續(xù)生長 77
4.2.3 分離提純機理 81
4.3 半導體納米顆粒的合成與形貌控制 83
4.3.1 量子點CdSe的合成 84
4.3.2 納米棒CdSe的合成 86
4.3.3 四針狀CdSe的合成 87
4.4 其他納米顆粒合成 88
4.4.1 氧化物納米顆粒合成 88
4.4.2 金屬納米顆粒合成 91
4.4.3 多元雜化納米顆粒合成 92
參考文獻 94
第5章 微波合成技術(shù) 98
5.1 概述 98
5.1.1 微波與物質(zhì)的相互作用 98
5.1.2 微波技術(shù)的特點 99
5.1.3 微波技術(shù)的發(fā)展 100
5.2 微波在材料合成中的應用 101
5.2.1 微波合成的應用領(lǐng)域 101
5.2.2 微波促進反應的機理 102
5.2.3 微波合成中存在的問題 103
5.3 液相微波合成 103
5.4 固相微波合成 107
5.4.1 間歇微波法合成復合材料用于直接甲醇燃料電池 107
5.4.2 問歇微波法制備摻氮石墨烯用于質(zhì)子交換膜燃料電池中的Pt催化劑載體 111
5.4.3 微波法合成超薄用于光催化還原 117
5.5 小結(jié) 123
參考文獻 123
第6章 超聲電化學法 127
6.1 概述 127
6.1.1 超聲化學法 127
6.1.2 電化學法 129
6.1.3 超聲電化學法的原理與特點 129
6.1.4 超聲電化學法的分類 130
6.2 超聲電化學法在納米材料制備中的應用進展 132
6.2.1 納米顆粒的可控制備 132
6.2.2 維納米材料的制備 137
6.2.3 樹枝狀納米材料的制備 141
6.2.4 多孔納米材料的制備 144
6.2.5 微納分級結(jié)構(gòu)材料的制備 145
6.2.6 復合納米材料的制備 146
6.3 超聲電化學在材料合成中的應用展望 153
參考文獻 154
第7章 限域合成技術(shù) 157
7.1 概述 157
7.2 模板合成 157
7.2.1 硬模板法合成 157
7.2.2 軟模板法合成 170
7.2.3 氣泡模板法 175
7.3 霧化熱解法 177
7.4 納米顆粒原位轉(zhuǎn)換法 179
7.4.1 克肯達爾效應 180
7.4.2 離子交換法 183
7.4.3 電鍍置換法 185
7.5 限域合成的優(yōu)缺點 186
參考文獻 187
第8章 化學氣相沉積技術(shù) 191
8.1 概述 191
8.2 化學氣相沉積原理 192
8.2.1 化學氣相沉積定義 192
8.2.2 化學氣相沉積中的化學反應 193
8.2.3 化學氣相沉積中的化學熱力學和動力學 195
8.2.4 化學氣相沉積的特點與分類 196
8.3 化學氣相沉積前驅(qū)體和材料 199
8.3.1 化學氣相沉積前驅(qū)體的要求和種類 199
8.3.2 化學氣相沉積材料 202
8.4 化學氣相沉積與新材料 204
8.4.1 金屬有機化學氣相沉積生長LaAl03柵介電薄膜及其電學性能 204
8.4.2 新型無水金屬硝酸鹽化學氣相沉積前驅(qū)體的合成、表征及其應用 208
8.4.3 聚焦離子束化學氣相沉積在復雜三維納米結(jié)構(gòu)制備上的應用 214
8.4.4 化學氣相沉積制備金剛石薄膜和碳納米管 216
8.4.5 化學氣相沉積制備二維材料石墨烯 220
參考文獻 226
第9章 原子層沉積技術(shù) 231
9.1 概述 231
9.2 原予層沉積原理、特點及分類 231
9.2.1 原子層沉積原理 231
9.2.2 原子層沉積特點 235
9.2.3 原子層沉積分類 236
9.3 原子層沉積前驅(qū)體和材料 239
9.3.1 原子層沉積前驅(qū)體 239
9.3.2 原子層沉積材料 241
9.4 等離子體增強原子層沉積 242
9.4.1 等離子體增強原子層沉積原理 242
9.4.2 等離子體增強原子層沉積特點 243
9.5 原子層沉積應用 244
9.5.1 高k柵介質(zhì)和新型半導體溝道材料的集成與性能 245
9.5.2 超高密度存儲器 251
9.5.3 生物相容性涂層 259
9.5.4 納米結(jié)構(gòu)和圖案的制備及其在能源與光學領(lǐng)域的應用 261
參考文獻 265
第10章 原子層刻蝕技術(shù) 270
10.1 概述 270
10.2 原子層刻蝕原理與特點 270
10.2.1 基本原理 270
10.2.2 等離子體原子層刻蝕原理 272
10.2.3 熱原子層刻蝕原理 275
10.2.4 原子層刻蝕特點 280
10.3 原子層刻蝕材料 281
10.3.1 等離子體原子層刻蝕材料 281
10.3.2 熱原子層刻蝕材料 283
10.4 展望與挑戰(zhàn) 283
參考文獻 284
第11章 團簇束流沉積技術(shù) 288
11.1 概述 288
11.2 團簇束流的產(chǎn)生 290
11.3 團簇束流沉積制備納米結(jié)構(gòu)薄膜 296
11.3.1 團簇束流沉積納米粒子薄膜制備技術(shù) 296
11.3.2 團簇束流沉積過程的在線監(jiān)控 300
11.3.3 定向團簇束流沉積 302
11.3.4 團簇束流掠角沉積制備三維納米粒子柱狀多孔陣列 306
11.3.5 團簇束流沉積制備納米合金 309
11.4 荷能團簇束流沉積 310
參考文獻 313
第12章 脈沖激光沉積技術(shù) 317
12.1 概述 317
12.2 激光與靶的相互作用 318
12.2.1 概述 318
12.2.2 靶對激光的吸收及靶的熔化和氣化 319
12.2.3 表面等離子體形成及與激光的相互作用 321
12.2.4 碰撞及噴嘴效應 323
12.2.5 蒸氣及等離子體與靶表面的相互作用 328
12.3 羽焰的傳輸 330
12.3.1 概述 330
12.3.2 激光脈沖結(jié)束后表面等離子體的初始膨脹 331
12.3.3 燒蝕物傳輸?shù)牧黧w行為一一激波的形成和傳輸 332
12.3.4 激波的效應 335
12.3.5 沉積粒子速度的雙峰現(xiàn)象 337
12.3.6 真空及低氣壓下燒蝕物對膜表面的再濺射效應 339
12.4 沉積粒子的化學狀態(tài)、能量、沉積時間和空間分布 339
12.4.1 概述 339
12.4.2 沉積粒子化學狀態(tài) 339
12.4.3 沉積粒子能量 341
12.4.4 沉積時間和沉積速率 343
12.4.5 沉積粒子的空間分布 343
12.4.6 脈沖激光沉積與分子束外延的比較 344
12.5 薄膜的形成及生長 344
12.5.1 薄膜生長的基本過程 344
12.5.2 脈沖激光沉積中薄膜生長的特征 345
12.5.3 薄膜取向控制 346
12.6 液體中的激光燒蝕 349
12.6.1 概述 349
12.6.2 液體中激光燒蝕對硅表面形貌的調(diào)制 349
12.6.3 液體中激光燒蝕制備納米顆粒 350
12.7 總結(jié)和展望 352
參考文獻 353
第13章 分子束外延 361
13.1 半導體分子束外延 361
13.1 概述 361
13.1.2 技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)成 364
13.1.3 技術(shù)特點 366
13.1.4 分子束的產(chǎn)生 367
13.1.5 RHEED監(jiān)控原理 369
13.1.6 新型納米復合材料的分子束外延 370
13.2 激光分子束外延 371
13.2.1 概述 371
13.2.2 高氣壓RHEED監(jiān)控 371
13.2.3 二維薄膜生長——逐層生長和臺階流生長 373
13.2.4 襯底處理 375
13.2.5 鈣鈦礦薄膜、超薄膜和超晶格制備 376
13.3 氧化物分子束外延 378
13.3.1 概述 378
13.3.2 同質(zhì)外延生長SrTi03薄膜 381
13.3.3 異質(zhì)外延生長SrTi03薄膜 384
參考文獻 387
第14章 磁控濺射 390
14.1 濺射原理概述 390
14.1.1 濺射的工作原理 390
14.1.2 磁控濺射的工作原理 392
14.1.3 磁控濺射薄膜生長特點 393
14.1.4 濺射產(chǎn)額 395
14.2 磁控濺射技術(shù) 398
14.2.1 射頻濺射與反應濺射 398
14.2.2 非平衡磁控濺射技術(shù) 400
14.2.3 高功率脈沖磁控濺射 402
14.3 磁控濺射應用于材料沉積的實例 404
14.3.1 磁控濺射Zn0薄膜的生長 404
14.3.2 磁控濺射鐵氧體薄膜的生長 408
14.3.3 高功率脈沖磁控濺射AIN薄膜的生長 409
參考文獻 411
第15章 蒸發(fā)沉積技術(shù) 414
15.1 蒸發(fā)沉積的物理基礎(chǔ) 414
15.1.1 蒸發(fā)與凝結(jié) 414
15.1.2 蒸發(fā)物質(zhì)的空間角分布 415
15.2 蒸發(fā)沉積膜層的生長與結(jié)構(gòu)特性 416
15.3 平坦表面柱狀微結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)沉積 417
15.3.1 表面擴散與柱狀微結(jié)構(gòu)薄膜生長 417
15.3.2 傾角沉積的微孔柱狀微結(jié)構(gòu)生長 418
15.3.3 預置圖案化表面的微孔柱狀微結(jié)構(gòu)生長 420
15.3.4 微孔柱狀結(jié)構(gòu)薄膜的物理特性及其應用 421
15.4 微結(jié)構(gòu)表面的蒸發(fā)沉積 422
15.4.1 蒸發(fā)沉積的臺階覆蓋性能 422
15.4.2 定向沉積與沉積膜層的圖案化 423
15.4.3 圖案化沉積膜層的遮蔽蒸發(fā)沉積 424
參考文獻 430
第16章 提拉法晶體生長技術(shù) 433
16.1 概述 433
16.2 提拉法簡介 433
16.3 提拉法晶體生長理論 435
16.3.1 輸運理論 435
16.3.2 熱力學理論 440
16.3.3 動力學理論 441
16.3.4 晶體生長形態(tài) 442
16.4 提拉法晶體生長過程 447
16.4.1 提拉法晶體生長程序 447
16.4.2 影響晶體生長的因素 448
16.5 晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 451
16.5.1 晶體結(jié)構(gòu) 451
16.5.2 晶體缺陷 452
16.6 提拉法晶體生長技術(shù)進展 455
16.6.1 自動等徑控制技術(shù) 455
16.6.2 雙坩堝連續(xù)加料技術(shù) 456
參考文獻 457
第17章 納米壓印技術(shù) 459
17.1 納米壓印技術(shù)的發(fā)展 459
17.2 納米壓印技術(shù)的種類 461
17.2.1 熱壓印與紫外光固化壓印 461
17.2.2 滾軸壓印 462
17.3 納米壓印膠材料 463
17.3.1 紫外光固化納米壓印膠材料 463
17.3.2 雙層納米壓印膠體系 465
17.4 納米壓印的技術(shù)挑戰(zhàn) 466
17.4.1 納米壓印的缺陷與對準問題 466
17.4.2 納米壓印的工藝要求 467
17.4.3 納米壓印模板與低表面能處理 468
17.5 復合納米壓印技術(shù) 470
17.5.1 復合納米壓印模板 470
17.5.2 曲面壓印 472
17.5.3 改善納米壓印缺陷 473
17.6 納米壓印技術(shù)的應用與前景 474
17.6.1 磁記錄與存儲器件 474
17.6.2 粒徑單、形貌可控的納米顆粒 476
17.6.3 有序金屬納米結(jié)構(gòu)陣列 477
參考文獻 479
第18章 金屬3D打印技術(shù)及其粉體材料制備 482
18.13 D打印概述 482
18.1.13 D打印技術(shù)發(fā)展簡介 482
18.1.23 D打印原理及基本流程 484
18.2 金屬3D打印技術(shù) 487
18.2.1 金屬3D打印技術(shù)分類及技術(shù)特點 487
18.2.2 激光選區(qū)燒結(jié)與熔化 488
18.2.3 電子束選區(qū)熔化 489
18.2.4 激光近凈成形 491
18.3 金屬3D打印材料 493
18.3.1 金屬3D打印用粉體材料的要求 493
18.3.2 金屬3D打印材料簡介 496
18.4 3D打印用金屬粉體材料的制備 500
18.4.1 水霧化法 501
18.4.2 氣霧化法 501
18.4.3 超聲霧化法 503
18.4.4其他制備技術(shù) 505
參考文獻 507
第19章 DNA自組裝納米技術(shù) 511
19.1 概述 511
19.1.1 DNA的分子結(jié)構(gòu) 511
19.1.2 DNA納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計與合成 512
19.1.3 DNA納米結(jié)構(gòu)的自組裝 512
19.1.4 DNA納米結(jié)構(gòu)的表征 513
19.2 DNA自組裝納米結(jié)構(gòu) 513
19.2.1 DNA分子瓦二維結(jié)構(gòu)自組裝 514
19.2.2 DNA分子瓦三維結(jié)構(gòu)自組裝 516
19.2.3 DNA折紙術(shù) 518
19.2.4 DNA折紙術(shù)二維結(jié)構(gòu)自組裝 519
19.2.5 DNA折紙術(shù)三維結(jié)構(gòu)自組裝 520
19.3 DNA自組裝結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化 522
19.3.1 鏈置換反應驅(qū)動DNA結(jié)構(gòu)變化 522
19.3.2 環(huán)境因素驅(qū)動DNA結(jié)構(gòu)變化 525
19.4 DNA納米結(jié)構(gòu)的應用 527
19.4.1 DNA納米結(jié)構(gòu)引導的納米材料定向組裝 527
19.4.2 DNA納米結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)學應用 531
參考文獻 532
書單推薦
