1.Introduction to Nanoscale Materials

1.1 Introduction to the nanoworld

1.2 Definition of nanoscale materials

1.2.1 Nanometer

1.2.2 Definition of nanoscale materials

1.3 Classification of nanoscale materials

1.3.1 According to the spatial dimensionof materials

1.3.2 According to the quantumproperties of materials

1.3.3 According to material properties

1.3.4 According to the shape and chemical composition

1.4 Nanoscale science and technology

1.5 Driven by industrial revolution

1.6 Fundamental limitations of present technologies

1.7 Molecular electronics

1.8 Technical challenges in future

1.9 Applications of nanomaterials

1.9.1 Water purification

1.9.2 Nanocatalysts

1.9.3 Nanosensors

1.9.4 Energy

1.9.5 Medical applications

References

Review questions

Vocabulary

1.纳米材料概论

1.1 纳米世界概述

1.2 纳米材料的定义

1.2.1 纳米

1.2.2 纳米材料的定义

1.3 纳米材料的分类

1.3.1 依据材料的空间维度分类

1.3.2 依据材料的量子性质分类

1.3.3 依据材料的性能分类

1.3.4 依据形态和化学组成分类

1.4 纳米科学与技术

1.5 工业革命的驱动

1.6 目前技术的基础性缺陷

1.7 分子电子学

1.8 未来的技术挑战

1.9 纳米材料的应用

1.9.1 水的净化

1.9.2 纳米催化剂

1.9.3 纳米传感器

1.9.4 能源

1.9.5 医药中的应用

复习题

2.Nanometer Effects of Nanoscale Materials

2.1 Small size effec

2.2.Quantum size effect

2.2.1 Relationship between energy gap and particle size

2.2.2 Application

2.3 Surface effect

2.4 Macroscopic quantum tunnel effect

2.4.1 Ballistic transport

2.4.2 Tunneling

2.4.3 Resonance tunneling

2.4.4 Inelastic tunneling

2.4.5 Tunnel effect

2.4.6 Macroscopic quantum tunnel effect

References

Review questions

Vocabulary

2.纳米材料的纳米效应

2.1 小尺寸效应

2.2 量子尺寸效应

2.2.1 能隙与粒子尺寸的关系

2.2.2 应用

2.3 表面效应

2.4 宏观量子隧道效应

2.4.1 弹道传输

2.4.2 隧穿

2.4.3 共振隧穿

2.4.4 非弹性隧穿

2.4.5 隧道效应

2.4.6 宏观量子隧道效应

复习题

3.Properties of Nanoscale Materials

3.1 Mechanical properties

3.1.1 Positive Hall-Petch slopes

3.1.2 Negative Hall-Petch slopes

3.1.3 Positive and negative Hall-Petch slopes

3.2 Thermal properties

3.3 Magnetic properties

3.4 Electronic properties

3.5 Optical properties

3.5.1 Photochemical and photophysical processes of nanomaterials

3.5.2 Absorption and luminescence spectra

3.5.3 Ultraviolet-visible absorption spectroscopy

References

Review questions

Vocabulary

3.纳米材料的性能

3.1 力学性能

3.1.1 正的Hall-Petch斜率关系

3.1.2 负的Hall-Petch斜率关系

3.1.3 正-负Hall-Petch斜率关系

3.2 热学性能

3.3 磁学性能

3.4 电学性能

3.5 光学性能

3.5.1 纳米材料的光化学和光物理过程

3.5.2 吸收光谱和发光光谱

3.5.3 紫外-可见吸收光谱

复习题

4.Synthesis of Nanoscale Materials

4.1 “Top-down” and “bottom-up”approaches

4.2 Solid phase method

4.2.1 Mechanically milling

4.2.2 Solid-state reaction

4.3 Physical vapor deposition （PVD）method

4.3.1 Thermal evaporation PVD method

4.3.2 Plasma-asisted PVD method

4.3.3 Laser ablation

4.4 Chemical vapor deposition （CVD） method

4.5 Liquid phase synthesis method

4.5.1 Precipitation method

4.5.2 Solvethermal method

4.5.3 Freeze-drying method （Cryochemicalsynthesis method）

4.5.4 Sol-gel method

4.5.5 Microemulsions method

4.5.6 Microwave-assisted synthesis

4.5.7 Ultrasonic wave-assistedsynthesis

4.6 Synthesis of bulk materials by consolidation ofnanopowders

4.6.1 Cold compaction

4.6.2 Warm compaction

4.7 Template-assisted self-assembly nanostructured materials

4.7.1 Principles of self-assembly

4.7.2 Self-assembly of MCM-41

4.8 Self-assembly of nanocrystals

4.9 Synthesis and assembly of anisotropic nanoparticles

4.9.1 Anisotropic nanoparticles with feature size

4.9.2 Rod-like particles

4.9.3 Preparation of various shaped Pt nanoparticles

4.9.4 Preparation of various shaped Rh nanoparticles

4.10 Synthesis of polymeric one dimensional nanostructures （ODNS）

4.10.1 Electrospinning synthesis of polymer ODNS

4.10.2 Membrane/template-based synthesis of polymer ODNS

4.10.3 Template-free synthesis of polymer ODNS

4.11 Green nanosynthesis

4.11.1 Prevent wastes

4.11.2 Atom economy

4.11.3 Using safer solvents

4.11.4 Enhance energy efficiency

References

Review questions

Vocabulary

4.纳米材料制备

4.1 “自上而下”和“自下而上”的合成方法

4.2 固相方法

4.2.1 机械磨

4.2.2 固相反应

4.3 物理气相沉积法（PVD）

4.3.1 热蒸发PVD法

4.3.2 等离子体辅助PVD法

4.3.3 激光消融法

4.4 化学气相沉积法（CVD）

4.5 液相合成方法

4.5.1 沉淀法

4.5.2 溶剂热法

4.5.3 冷冻干燥法（低温化学合成法）

4.5.4 溶胶-凝胶法

4.5.5 微乳液方法

4.5.6 微波辅助合成

4.5.7 超声波辅助合成

4.6 通过固化纳米粉合成块材

4.6.1 冷压

4.6.2 热压

4.7 模板辅助自组装纳米结构材料

4.7.1 自组装原理

4.7.2 MCM-41自组装

4.8 自组装纳米晶

4.9 各向异性纳米粒子的合成和组装

4.9.1 具有特征尺寸的各向异性纳米粒子

4.9.2 棒状粒子

4.9.3 各种形貌Pt纳米粒子的制备

4.9.4 制备各种形貌的铑（Rh）纳米粒子

4.10 一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成

4.10.1 电纺丝法合成一维纳米结构（ODNS）聚合物

4.10.2 基于膜或基于模板的一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成

4.10.3 无模板剂的一维纳米结构（ODNS）聚合物的合成

4.11 绿色纳米合成

4.11.1 防止废弃物

4.11.2 原子经济

4.11.3 使用更安全的溶剂

4.11.4 提高能源效率

复习题

5.Scanning Tunneling Microscope and Atomic Force Microscope

5.1 Scanning tunneling microscope（STM）

5.1.1 Basic principle of STM

5.1.2 Operation modes

5.1.3 Application of STM

5.2 Atomic force microscope （AFM）

5.2.1 Basic principle of AFM

5.2.2 Mode of operation of AFM

5.2.3 Application of AFM

References

Review questions

Vocabulary

5.扫描隧道显微镜和原子力显微镜

5.1 扫描隧道显微镜（STM）

5.1.1 STM的基本原理

5.1.2 操作模式

5.1.3 STM的应用

5.2 原子力显微镜（AFM）

5.2.1 AFM的基本原理

5.2.2 AFM的操作模式

5.2.3 AFM的应用

复习题

6.Synthesis of Carbon Nanomaterials

6.1 Carbon family

6.1.1 Graphite and diamond

6.1.2 Allotrope of carbon

6.2 Fullerenes

6.2.1 Synthesis of C60

6.2.2 Purification of fullerenes

6.2.3 Structure of C60

6.2.4 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy

6.2.5 Endofullerenes

6.2.6 Nucleophilic addition reactions

6.2.7 Polymerization of C60

6.2.8 Fabrication of nanocar

6.3 Carbon nanotubes ［45］

6.3.1 Synthesis of nanotubes

6.3.2 Growing mechanisms

6.3.3 Geometry of carbon nanotubes

6.4 Graphene

6.4.1 Properties of graphene

6.4.2 Synthesis of gaphene

References

Review questions

Vocabulary

6.碳纳米材料的合成

6.1 碳族

6.1.1 石墨和金刚石

6.1.2 碳的同素异形体

6.2 富勒烯

6.2.1 C60的合成

6.2.2 富勒烯的提纯

6.2.3 C60的结构

6.2.4 13C核磁共振谱

6.2.5 富勒烯包合物

6.2.6 亲核加成反应

6.2.7 C60的聚合反应

6.2.8 纳米车的制造

6.3 碳纳米管

6.3.1 碳纳米管的合成

6.3.2 生长机理

6.3.3 碳纳米管的几何构型

6.4 石墨烯

6.4.1 石墨烯的性质

6.4.2 石墨烯的合成

复习题

7.Lithography for Nanofabrication

7.1 Microfabrication by photolithography of ultraviolet light

7.2 Nanofabrication by scanning beam lithography

7.2.1 Electron beam lithograph

7.2.2 Focused ion beam lithography

7.3 Nanoimprint lithography

7.3.1 Nanoimprint lithography

7.3.2 Step-and-fiash imprint lithography

7.3.3 Microcontact printing

7.4 Scanning probe lithography

References

Review questions

Vocabulary

7.光刻技术用于纳米制造

7.1 紫外线光刻微制造

7.2 扫描束刻蚀纳制造

7.2.1 电子束刻蚀

7.2.2 聚焦离子束刻蚀

7.3 纳米压印刻蚀技术

7.3.1 纳米压印刻蚀

7.3.2 步进式闪烁压印光刻

7.3.3 微接触印制

7.4 扫描探针刻蚀

复习题

8.Nanotechnology for Production of Hydrogen by Solar Energy

8.1 Hydrogen economy

8.2 Hydrogen production

8.3 Conversion of solar energy

8.4 Hydrogen production by photocatalytic water splitting

8.5 Loading metal over TiO2

8.6 Development of visible-light-driven photocatalysts

8.6.1 Loading Cr3＋over titanate nanotubes

8.6.2 Semiconductor composition

References

Review questions

Vocabulary

8.纳米技术用于太阳能制氢

8.1 氢能经济

8.2 产氢

8.3 太阳能转换

8.4 光催化分解水制氢

8.5 TiO2上负载金属

8.6 可见光驱动的光催化剂的发展

8.6.1 在钛酸盐纳米管上负载Cr3＋

8.6.2 半导体复合材料

复习题