目录

第1章 绪论 1

1.1 材料的发展历史 1

1.2 先进材料及其重要性 4

1.3 先进材料的合成与制备技术 10

参考文献 13

第2章 溶胶一凝胶法 14

2.1 概述 14

2.1.1 溶胶一凝胶法简介 14

2.1.2 溶胶一凝胶法的主要用途和基本流程 14

2.1.3 溶胶一凝胶法的优缺点 19

2.2 溶胶一凝胶法制备薄膜 20

2.2.1 制备氧化物薄膜 21

2.2.2 制备硫化物薄膜 24

2.2.3 制备有机金属卤化物钙钛矿薄膜 26

2.2.4 制备有机一无机杂化薄膜 27

2.3 溶胶一凝胶法制备纳米晶 30

2.3.1 制备氧化物纳米晶 31

2.3.2 制备金属纳米晶 33

参考文献 34

第3章 水热和溶剂热法 38

3.1 概述 38

3.1.1 水热法 38

3.1.2 水热物理化学 39

3.1.3 水热技术类型 40

3.1.4 溶剂热法 42

3.2 水热和溶剂热法在纳米材料制备中的应用进展 43

3.2.1 金属、半金属及合金纳米材料的合成 44

3.2.2 二元氧族化合物纳米材料的合成 52

3.2.3 氮族和碳族化合物纳米材料的合成 58

3.2.4 多元化合物纳米材料的合成 60

3.2.5 介孔和介结构材料的合成 62

3.2.6 复合纳米材料的合成 63

3.3 水热和溶剂热法在材料合成中的应用展望 68

参考文献 68

第4章 高温油相法 72

4.1 概述 72

4.1.1 高温油相法简介 72

4.1.2 高温油相法的三要素 73

4.1.3 高温油相法的优缺点 74

4.2 高温油相法成核、生长与提纯机理 74

4.2.1 均匀成核基础 74

4.2.2 晶核的后续生长 77

4.2.3 分离提纯机理 81

4.3 半导体纳米颗粒的合成与形貌控制 83

4.3.1 量子点CdSe的合成 84

4.3.2 纳米棒CdSe的合成 86

4.3.3 四针状CdSe的合成 87

4.4 其他纳米颗粒合成 88

4.4.1 氧化物纳米颗粒合成 88

4.4.2 金属纳米颗粒合成 91

4.4.3 多元杂化纳米颗粒合成 92

参考文献 94

第5章 微波合成技术 98

5.1 概述 98

5.1.1 微波与物质的相互作用 98

5.1.2 微波技术的特点 99

5.1.3 微波技术的发展 100

5.2 微波在材料合成中的应用 101

5.2.1 微波合成的应用领域 101

5.2.2 微波促进反应的机理 102

5.2.3 微波合成中存在的问题 103

5.3 液相微波合成 103

5.4 固相微波合成 107

5.4.1 间歇微波法合成复合材料用于直接甲醇燃料电池 107

5.4.2 问歇微波法制备掺氮石墨烯用于质子交换膜燃料电池中的Pt催化剂载体 111

5.4.3 微波法合成超薄用于光催化还原 117

5.5 小结 123

参考文献 123

第6章 超声电化学法 127

6.1 概述 127

6.1.1 超声化学法 127

6.1.2 电化学法 129

6.1.3 超声电化学法的原理与特点 129

6.1.4 超声电化学法的分类 130

6.2 超声电化学法在纳米材料制备中的应用进展 132

6.2.1 纳米颗粒的可控制备 132

6.2.2 维纳米材料的制备 137

6.2.3 树枝状纳米材料的制备 141

6.2.4 多孔纳米材料的制备 144

6.2.5 微纳分级结构材料的制备 145

6.2.6 复合纳米材料的制备 146

6.3 超声电化学在材料合成中的应用展望 153

参考文献 154

第7章 限域合成技术 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 软模板法合成 170

7.2.3 气泡模板法 175

7.3 雾化热解法 177

7.4 纳米颗粒原位转换法 179

7.4.1 克肯达尔效应 180

7.4.2 离子交换法 183

7.4.3 电镀置换法 185

7.5 限域合成的优缺点 186

参考文献 187

第8章 化学气相沉积技术 191

8.1 概述 191

8.2 化学气相沉积原理 192

8.2.1 化学气相沉积定义 192

8.2.2 化学气相沉积中的化学反应 193

8.2.3 化学气相沉积中的化学热力学和动力学 195

8.2.4 化学气相沉积的特点与分类 196

8.3 化学气相沉积前驱体和材料 199

8.3.1 化学气相沉积前驱体的要求和种类 199

8.3.2 化学气相沉积材料 202

8.4 化学气相沉积与新材料 204

8.4.1 金属有机化学气相沉积生长LaAl03栅介电薄膜及其电学性能 204

8.4.2 新型无水金属硝酸盐化学气相沉积前驱体的合成、表征及其应用 208

8.4.3 聚焦离子束化学气相沉积在复杂三维纳米结构制备上的应用 214

8.4.4 化学气相沉积制备金刚石薄膜和碳纳米管 216

8.4.5 化学气相沉积制备二维材料石墨烯 220

参考文献 226

第9章 原子层沉积技术 231

9.1 概述 231

9.2 原予层沉积原理、特点及分类 231

9.2.1 原子层沉积原理 231

9.2.2 原子层沉积特点 235

9.2.3 原子层沉积分类 236

9.3 原子层沉积前驱体和材料 239

9.3.1 原子层沉积前驱体 239

9.3.2 原子层沉积材料 241

9.4 等离子体增强原子层沉积 242

9.4.1 等离子体增强原子层沉积原理 242

9.4.2 等离子体增强原子层沉积特点 243

9.5 原子层沉积应用 244

9.5.1 高k栅介质和新型半导体沟道材料的集成与性能 245

9.5.2 超高密度存储器 251

9.5.3 生物相容性涂层 259

9.5.4 纳米结构和图案的制备及其在能源与光学领域的应用 261

参考文献 265

第10章 原子层刻蚀技术 270

10.1 概述 270

10.2 原子层刻蚀原理与特点 270

10.2.1 基本原理 270

10.2.2 等离子体原子层刻蚀原理 272

10.2.3 热原子层刻蚀原理 275

10.2.4 原子层刻蚀特点 280

10.3 原子层刻蚀材料 281

10.3.1 等离子体原子层刻蚀材料 281

10.3.2 热原子层刻蚀材料 283

10.4 展望与挑战 283

参考文献 284

第11章 团簇束流沉积技术 288

11.1 概述 288

11.2 团簇束流的产生 290

11.3 团簇束流沉积制备纳米结构薄膜 296

11.3.1 团簇束流沉积纳米粒子薄膜制备技术 296

11.3.2 团簇束流沉积过程的在线监控 300

11.3.3 定向团簇束流沉积 302

11.3.4 团簇束流掠角沉积制备三维纳米粒子柱状多孔阵列 306

11.3.5 团簇束流沉积制备纳米合金 309

11.4 荷能团簇束流沉积 310

参考文献 313

第12章 脉冲激光沉积技术 317

12.1 概述 317

12.2 激光与靶的相互作用 318

12.2.1 概述 318

12.2.2 靶对激光的吸收及靶的熔化和气化 319

12.2.3 表面等离子体形成及与激光的相互作用 321

12.2.4 碰撞及喷嘴效应 323

12.2.5 蒸气及等离子体与靶表面的相互作用 328

12.3 羽焰的传输 330

12.3.1 概述 330

12.3.2 激光脉冲结束后表面等离子体的初始膨胀 331

12.3.3 烧蚀物传输的流体行为一一激波的形成和传输 332

12.3.4 激波的效应 335

12.3.5 沉积粒子速度的双峰现象 337

12.3.6 真空及低气压下烧蚀物对膜表面的再溅射效应 339

12.4 沉积粒子的化学状态、能量、沉积时间和空间分布 339

12.4.1 概述 339

12.4.2 沉积粒子化学状态 339

12.4.3 沉积粒子能量 341

12.4.4 沉积时间和沉积速率 343

12.4.5 沉积粒子的空间分布 343

12.4.6 脉冲激光沉积与分子束外延的比较 344

12.5 薄膜的形成及生长 344

12.5.1 薄膜生长的基本过程 344

12.5.2 脉冲激光沉积中薄膜生长的特征 345

12.5.3 薄膜取向控制 346

12.6 液体中的激光烧蚀 349

12.6.1 概述 349

12.6.2 液体中激光烧蚀对硅表面形貌的调制 349

12.6.3 液体中激光烧蚀制备纳米颗粒 350

12.7 总结和展望 352

参考文献 353

第13章 分子束外延 361

13.1 半导体分子束外延 361

13.1 概述 361

13.1.2 技术原理与系统构成 364

13.1.3 技术特点 366

13.1.4 分子束的产生 367

13.1.5 RHEED监控原理 369

13.1.6 新型纳米复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 高气压RHEED监控 371

13.2.3 二维薄膜生长——逐层生长和台阶流生长 373

13.2.4 衬底处理 375

13.2.5 钙钛矿薄膜、超薄膜和超晶格制备 376

13.3 氧化物分子束外延 378

13.3.1 概述 378

13.3.2 同质外延生长SrTi03薄膜 381

13.3.3 异质外延生长SrTi03薄膜 384

参考文献 387

第14章 磁控溅射 390

14.1 溅射原理概述 390

14.1.1 溅射的工作原理 390

14.1.2 磁控溅射的工作原理 392

14.1.3 磁控溅射薄膜生长特点 393

14.1.4 溅射产额 395

14.2 磁控溅射技术 398

14.2.1 射频溅射与反应溅射 398

14.2.2 非平衡磁控溅射技术 400

14.2.3 高功率脉冲磁控溅射 402

14.3 磁控溅射应用于材料沉积的实例 404

14.3.1 磁控溅射Zn0薄膜的生长 404

14.3.2 磁控溅射铁氧体薄膜的生长 408

14.3.3 高功率脉冲磁控溅射AIN薄膜的生长 409

参考文献 411

第15章 蒸发沉积技术 414

15.1 蒸发沉积的物理基础 414

15.1.1 蒸发与凝结 414

15.1.2 蒸发物质的空间角分布 415

15.2 蒸发沉积膜层的