Self-Assembled Quantum Dots (Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology)

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出版者:Springer
作者:Wang, Zhiming M. 编
出品人:
页数:476
译者:
出版时间:2007-12-06
价格:USD 129.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387741901
丛书系列:
图书标签:
  • 纳米材料
  • 半导体
  • Quantum Dots
  • Self-Assembly
  • Nanoscale Science
  • Nanotechnology
  • Materials Science
  • Semiconductor Nanocrystals
  • Optical Properties
  • Synthesis
  • Characterization
  • Quantum Materials
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具体描述

This multidisciplinary book provides up-to-date coverage of carrier and spin dynamics and energy transfer and structural interaction among nanostructures. Coverage also includes current device applications such as quantum dot lasers and detectors, as well as future applications to quantum information processing. The book will serve as a reference for anyone working with or planning to work with quantum dots.

跨越尺度:纳米结构与新材料的探索 图书名称: 跨越尺度:纳米结构与新材料的探索 本书概述: 本书深入探讨了当前材料科学、凝聚态物理以及化学领域中最具活力和前沿性的方向之一——纳米尺度物质的结构、性质及其在先进技术中的应用。我们不再局限于传统的宏观视角,而是将目光聚焦于原子和分子尺度下物质所展现出的独特量子效应和表面现象。 本书旨在为研究人员、工程师以及高年级学生提供一个全面而深入的参考框架,用以理解和驾驭从零维(如量子点、纳米颗粒)到二维(如石墨烯、过渡金属硫化物)的各类纳米结构。内容覆盖了从基础理论构建到前沿实验技术的广泛光谱,强调了如何通过精确控制尺寸、形状和表面化学来“设计”材料,从而实现其在能源、电子、生物医学和催化等领域的突破性应用。 第一部分:基础理论与尺度效应 第一章:纳米科学的基石:尺寸依赖性 本章首先确立了纳米科学区别于传统材料科学的核心——尺度效应。我们将详细剖析当材料尺寸进入1到100纳米范围时,体相性质如何被表面能、量子限制和介观效应所主导。 量子限制效应(Quantum Confinement): 深入解析半导体、金属和绝缘体在纳米尺度下电子能带结构的重构。讨论了如何通过改变晶粒尺寸直接调控材料的光学带隙和电学特性,这是理解零维纳米结构(如量子点)发光颜色的物理基础。 表面与界面物理: 详细考察表面原子在弛豫、重构中的行为,及其对材料整体能量和反应性的影响。讨论了表面缺陷(如空位、阶梯)在催化和电化学过程中的关键作用。 热力学与动力学重构: 探讨在纳米尺度下,吉布斯自由能和界面能的相对变化如何影响相变过程,以及纳米晶的生长动力学模型(如Volmer-Weber、Frank-van der Merwe机制)在受限空间中的修正。 第二章:结构表征的挑战与前沿 准确地“看到”和“定义”纳米结构是实现精确控制的前提。本章系统梳理了用于解析纳米材料结构信息的主要技术手段。 高分辨率电子显微技术(HRTEM/STEM): 重点介绍球差校正技术如何实现原子尺度的成像,并结合谱学分析(如EELS和EDS)进行元素和化学态的映射,以揭示复杂纳米复合材料的界面结构。 表面敏感技术: 探讨X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)以及扫描隧道显微镜(STM)在确定表面化学环境和局部电子态方面的优势与局限性。 X射线散射技术(SAXS/WAXS): 阐述如何利用小角X射线散射来确定纳米颗粒的平均尺寸、形状分布以及在溶液或薄膜中的组装状态。 第二部分:零维与一维纳米结构:精确合成与特性调控 第三章:量子点与单晶纳米晶体的合成策略 本章专注于高结晶度、窄尺寸分布的零维纳米晶体的制备。 热注射法(Hot-Injection): 详细解析这种经典方法的反应机理,包括前驱体裂解、成核爆发和受控生长三个阶段的温度依赖性。讨论表面配体(Ligands)在稳定性和尺寸调控中的核心作用。 水相合成与绿色化学: 介绍用于生物医学应用的低毒性纳米粒子(如碳点、钙钛矿量子点)的制备方法,侧重于反应条件对发光效率和生物相容性的影响。 核壳结构(Core-Shell Architectures): 深入探讨双层或多层结构的设计,例如使用InP/ZnS结构来钝化InP核心的表面缺陷,以显著提高光致发光量子产率(PLQY)。 第四章:一维纳米材料:纳米线与纳米棒的定向生长 本章关注如何实现长程有序的一维结构,它们是构建高效率电子器件和传感器件的基础。 模板辅助生长法: 考察利用多孔膜(如阳极氧化铝膜AAO)作为模板,通过电化学沉积或溶液浸渍法实现高纵横比纳米线的制备。 催化剂导向的汽液固(VLS)生长: 详细分析VLS机制在半导体(如Si、Ge)和氧化物(如ZnO)纳米线生长中的应用,以及对催化剂液滴组分和尺寸的敏感性。 后处理与功能化: 讨论从模板中取出、以及在纳米线上进行选择性表面官能团化的技术,以增强其在特定环境下的响应性。 第三部分:二维材料的兴起与电子特性 第五章:从石墨烯到范德华异质结:二维材料的物理学 二维材料因其独特的单原子厚度和极高的载流子迁移率,正彻底改变电子学领域。 石墨烯的狄拉克费米子行为: 从紧束缚模型出发,推导出石墨烯的线性色散关系,并解释其零质量狄拉克费米子的特性及其对电学测量的影响。 其他单层材料(TMDs): 介绍二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WSe2)等过渡金属硫族化合物的直接带隙特性,及其在光电器件中的潜力。 范德华异质结的构建: 阐述通过机械剥离或化学气相沉积(CVD)技术堆叠不同二维晶体层,形成具有新颖光电耦合效应的“摩尔电子学”器件。 第六章:二维材料的宏量制备与集成 本章关注如何将实验室级的精确制备扩展到工业化应用所需的宏量、高质量薄膜。 化学气相沉积(CVD): 深入分析CVD工艺的参数控制(如衬底选择、气流速度、温度梯度)对石墨烯和h-BN薄膜的晶粒大小和缺陷密度的影响。 转移技术与层间耦合: 讨论聚合物辅助转移(如PDMS)过程中引入的应力、残余污染物和缺陷,以及如何通过原子层沉积(ALD)技术钝化界面,优化器件性能。 第四部分:功能化与应用前沿 第七章:纳米催化剂的设计与性能 纳米结构极高的比表面积使其成为理想的催化剂载体或活性位点。 单原子催化剂(SACs): 探讨将贵金属原子(如Pt、Pd)锚定在氮掺杂碳基底上的策略,实现原子尺度的催化活性和最高的原子利用率。 光热催化: 介绍某些纳米粒子(如Au、Pt黑)吸收特定波长光能转化为热能,驱动化学反应的机制,这在能源转化和污染物降解中具有重要意义。 第八章:纳米材料在生物医学中的接口 本章聚焦于纳米结构与生命系统的交叉领域,讨论其在成像、诊断和治疗中的应用。 靶向递送系统: 设计具有表面修饰的纳米载体,利用表面等离子体共振(SPR)效应或pH敏感的聚合物壳,实现药物在特定病变组织的有效释放。 生物相容性与毒理学: 讨论纳米材料在体内外的稳定性、降解途径以及对细胞器和DNA的潜在影响,强调安全性和体内清除机制的研究必要性。 结论:展望未来——复杂纳米系统的自组织 本书最后总结了当前研究面临的挑战,特别是从“自组装”(Self-Assembly)向“自组织”(Self-Organization)的演进。未来的研究将不再仅仅依赖于自下而上的精确化学合成,而是更多地探索复杂环境中(如活体、高熵体系)动态平衡下,纳米结构如何通过非平衡过程展现出涌现的、宏观上可预测的智能行为。 本书内容严谨、论述详实,力求在提供理论深度和实验广度的同时,避免陷入对特定已发表技术的简单罗列,而是侧重于理解背后的物理化学原理和设计逻辑。

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读后感

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用户评价

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这本书在纳米科学领域的研究者之间具有极高的学术价值。作者以严谨的学术态度,系统地梳理了自组装量子点的发展历史、关键技术以及理论基础。书中对于“量子限制效应”的详细阐述,让我能够清晰地理解量子点为何会呈现出独特的发光和电子传输性质,以及尺寸在其中扮演的关键角色。我特别欣赏书中对于不同量子点合成方法的深入对比分析,包括其反应机理、参数优化以及产物表征方法,这些信息对于想要在实验室复现或改进相关技术的研究者来说,具有直接的指导意义。例如,书中对“热注入法”和“化学气相沉积法”的详细介绍,让我得以窥见不同合成策略的精妙之处。此外,书中关于“能量转移”和“电子耦合”等在量子点组装体中的现象的探讨,也为理解这些纳米材料的集体行为提供了理论支撑,这对于设计更高效的光电器件和传感器至关重要。

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这本书无疑是一本能够激发你对纳米科学和材料科学深入探索的杰作。作者在书中对“量子点的量子尺寸效应”进行了详尽的解释,让你能够理解为何量子点的尺寸对其光学和电子性质有着如此显著的影响,以及如何利用自组装技术来精确调控这些尺寸。我特别欣赏书中关于“量子点自组装的稳定性与可逆性”的讨论,例如如何通过设计更稳定的表面配体,来提高量子点在不同环境下的稳定性,以及如何利用可逆的组装机制来构建动态响应的材料。书中还深入探讨了“基于自组装量子点的光致发光器件”的最新进展,包括其在提高发光效率、色彩纯度和器件寿命方面的优势。我被书中那些关于未来技术展望的讨论所深深吸引,它们让我看到了自组装量子点在人工智能、量子计算以及生物技术等领域的光明前景。

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这是一本绝对能够激发你对自组装量子点领域产生强烈好奇心的著作。即便你对量子点的基础知识了解不深,也能被其引人入胜的叙述方式所吸引。作者在开篇就巧妙地将自组装的概念与纳米科学的奇妙世界联系起来,构建了一个宏大的框架,让你不禁想要深入探索其中的奥秘。书中关于如何精确控制原子、分子在特定条件下自发形成有序结构的论述,让我对材料科学的精妙之处有了全新的认识。读着读着,我仿佛看到了无数微小的构建单元,在看不见的“指挥棒”下,一丝不苟地按照预设的蓝图搭建起令人惊叹的纳米级阵列。书中的示例,无论是关于生物分子自组装在药物递送方面的应用,还是在电子器件中实现纳米级精度控制的潜力,都极具前瞻性和启发性。它让我意识到,自组装并非仅仅是一个抽象的理论概念,而是实实在在地改变着我们对制造和功能化材料的认知。从最初对“自组装”这个词的模糊理解,到逐渐领悟到其在纳米世界中的强大力量,我的思维被不断拓宽,对未来的科技发展充满了期待。这本书就像一扇窗户,让我得以窥见纳米科学领域中那些最前沿、最激动人心的研究方向,特别是关于量子点这一特定领域,它所展现出的多样化合成方法和潜在应用,让我对这个领域的复杂性和可能性有了更深刻的理解。

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我必须承认,在翻开这本书之前,我对“自组装量子点”这个概念的理解还停留在非常初级的层面,甚至可以说是一无所知。然而,随着阅读的深入,我被书中对于这一领域的系统性阐述所深深吸引。作者并没有上来就堆砌晦涩难懂的术语,而是以一种循序渐进的方式,将复杂的概念拆解开来,如同抽丝剥茧一般,让你能够逐步理解其核心思想。例如,在描述量子点的尺寸如何决定其光学和电子性质时,作者通过形象的比喻和清晰的图示,让我能够直观地感受到微观世界的奇妙之处。从能级跃迁到量子限制效应,每一个概念都被讲解得十分透彻,并且与自组装这一核心主题紧密相连。更令我印象深刻的是,书中详细探讨了不同自组装策略如何影响量子点的形貌、尺寸分布和表面化学性质,这些细节对于理解量子点的最终性能至关重要。它让我明白,想要获得高性能的量子点,不仅仅是合成出目标产物,更关键的是要能够对其进行精确的“雕刻”和“排列”,而自组装正是实现这一目标的最有效手段之一。我尤其对书中提及的“模板辅助自组装”和“溶剂热自组装”等技术印象深刻,它们展现了人类在控制纳米尺度物质行为方面的智慧和创造力。

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这本书为我提供了一个理解自组装量子点前沿研究的绝佳视角。作者在梳理该领域发展脉络的同时,也深入探讨了不同合成方法背后的物理化学原理,让我能够理解为何某些方法能够产生更高质量、更均一的量子点。书中对于“核壳结构量子点”的介绍让我大开眼界,这种巧妙的设计能够极大地提高量子点的荧光稳定性和量子产率,这对于实现高效的发光器件至关重要。我印象特别深刻的是,书中详细分析了核壳层厚度、组成以及界面相互作用如何影响量子点的发光特性,这充分体现了作者在材料设计上的深度思考。此外,书中关于“胶体自组装”的章节,解释了如何通过控制表面电荷和范德华力,使量子点自发形成有序的二维或三维结构,这种宏观可控的纳米结构,为开发新型光学传感器和光电器件提供了无限可能。我被书中展示的那些精美的量子点超晶格结构所震撼,它们就像是微观世界的艺术品,每一个粒子都精准地定位在预定的位置。这本书让我认识到,自组装不仅仅是一种制造技术,更是一种理解和利用物质基本相互作用的哲学。

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对于任何对纳米材料科学感兴趣的研究者或学生而言,这本书都是一本不可或缺的参考书。它不仅覆盖了自组装量子点的基本概念和重要进展,更重要的是,它深入探讨了该领域面临的挑战以及未来的发展方向。作者在书中对“尺寸均一性”和“缺陷控制”等关键问题的分析,让我对高质量量子点合成的难度有了更深刻的认识。读到关于“溶液法自组装”的部分,我被书中展示的多种合成途径及其优缺点分析所吸引,这有助于我根据具体的研究需求选择最合适的策略。书中还特别强调了量子点的“表面配体工程”,即通过改变附着在量子点表面的有机分子,来调控其溶解性、稳定性和与其他物质的相互作用,这一点对于实现量子点的功能化至关重要。我尤其对那些能够“响应式”改变自身组装状态的量子点材料感到好奇,它们为构建智能材料提供了新的思路。这本书的价值在于,它不仅是知识的搬运工,更是思想的启迪者,它能够激发你对未知的探索欲望。

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这本书的价值在于它提供了一个全面而深入的视角来理解自组装量子点的整个生命周期,从合成到表征,再到应用。作者在书中对“量子点合成的尺寸控制”以及“表面钝化技术”的详细介绍,让我能够理解如何获得高质量、稳定的量子点,这对于后续的自组装过程至关重要。书中关于“量子点自组装的驱动力”的分析,例如熵增效应、静电相互作用以及疏水作用,帮助我理解了为何这些微小的粒子能够自发地形成有序结构。我尤其对书中关于“动态共价自组装”的章节感到着迷,这种可逆的组装方式为开发响应式材料提供了新的可能性,例如能够根据外界刺激改变其光学性质的量子点传感器。这本书的叙述方式清晰流畅,即使是复杂的概念,也能被作者用易于理解的方式呈现出来,这对于跨学科的研究者尤为有益。

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这本书的深度和广度都令我印象深刻,它为我提供了对自组装量子点这一复杂领域一个全面而深入的认识。作者在书中对“量子点载流子动力学”的阐述,让我能够理解在自组装结构中,电子和空穴是如何在量子点之间传递的,这对于理解其在光电器件中的性能至关重要。我特别欣赏书中关于“自组装量子点薄膜的制备与性能”的章节,它详细介绍了如何通过控制溶液浓度、溶剂蒸发速率以及退火温度等参数,来获得高性能的量子点薄膜。书中还深入探讨了“量子点荧光共振能量转移(FRET)”等现象,以及如何利用这些现象来设计新型的生物传感器和成像探针。我被书中那些精美的图示和实验数据所吸引,它们有力地证明了自组装量子点在构建先进功能材料方面的巨大潜力。

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这本书对于那些希望深入了解自组装量子点在各个应用领域潜力的读者来说,是一份宝贵的资源。作者在书中不仅仅停留于基础理论层面,更着重阐述了自组装量子点在生物成像、LED显示、太阳能电池以及催化等领域的创新应用。我被书中关于“生物相容性量子点”的介绍所吸引,这种能够安全地用于生物体内成像的量子点,为疾病诊断和治疗带来了革命性的机遇。书中对于如何通过自组装技术构建具有特定功能的新型纳米材料,例如具有定向发光特性的量子点阵列,让我对未来的科技发展充满了想象。我印象深刻的是,书中详细分析了量子点的荧光量子产率、光谱稳定性以及对环境变化的响应机制,这些都是决定其在实际应用中表现的关键因素。这本书成功地将复杂的科学原理与广泛的应用前景相结合,让我对自组装量子点的未来发展方向有了更清晰的认识。

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这本书为我打开了理解自组装量子点这一前沿领域的新大门。作者在书中对“量子点的光物理性质”进行了详尽的阐述,包括其吸收光谱、发射光谱以及量子效率等,这些都是理解其功能的基础。我特别欣赏书中关于“量子点在溶液中的动力学行为”的分析,例如其团聚、沉降以及与溶剂的相互作用,这些动态过程对自组装的成功至关重要。书中还深入探讨了“无模板自组装”和“硬模板自组装”等多种策略,以及它们在控制量子点组装形貌和结构方面的优劣。我印象深刻的是,书中展示了如何通过巧妙地设计量子点的表面化学性质,来引导其在不同基底上形成特定的二维或三维结构。这本书不仅提供了扎实的理论基础,更通过丰富的实例,展现了自组装量子点在构建新型功能纳米材料方面的巨大潜力。

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