先进材料合成与制备技术

　　目录
　　前言
　　第1章 绪论（李爱东刘建国）1
　　1.1 材料的发展历史 1
　　1.2 先进材料及其重要性 5
　　1.3 先进材料的合成与制备技术 12
　　参考文献 16
　　第2章 溶胶-凝胶法（刘文超）17
　　2.1 溶胶-凝胶法概论 17
　　2.1.1 溶胶-凝胶法简介 17
　　2.1.2 溶肢-凝胶法的主要用途和基本流程 18
　　2.1.3 溶肢-凝胶法的优缺点 23
　　2.2 榕胶-凝胶法制备薄膜 24
　　2.2.1 溶胶-凝胶法制备氧化物薄膜 26
　　2.2.2 溶股-凝胶法制备硫化物薄膜 30
　　2.2.3 湾肢-凝脏法制备无机-有机杂化薄膜 32
　　2.3 溶肢-凝胶法制备纳米晶 37
　　2.3.1 溶肢-凝胶法制备氧化物纳米晶 38
　　2.3.2 溶胶-凝胶法制备金属纳米晶 40
　　2.4 小结 42
　　参考文献 42
　　第3章 水热和溶剂热法（高峰）45
　　3.1 水热和溶剂热法概述 45
　　3.1.1 水热法 45
　　3.1.2 水热物理化学 46
　　3.1.3 水热技术类型 48
　　3.1.4 溶剂热法 50
　　3.2 水热和溶剂热法在纳米材料制备中的应用进展 51
　　3.2.1 金属、半金属及合金纳米材料的合成 52
　　3.2.2 三元氧簇化合物纳米材料的合成 62
　　3.2.3 氮簇和碳簇纳米材料的合成 69
　　3.2.4 多元化合物纳米材料的合成 71
　　3.2.5 介孔和介结掏材料的合成 73
　　3.2.6 复合纳米材料的合成 75
　　3.3 水热和溶剂热法在材料合成中的应用展望 78
　　参考文献 79
　　第4章 微波合成（刘建国）82
　　4.1 微波与物质的相互作用 82
　　4.2 液相微波合成 85
　　4.3 固相微波合成 90
　　4.3.1 间歇微波法合成三氧化钨-碳复合材料用于直接甲醇燃料电池 90
　　4.3.2 间歇微波法制备掺氮石墨烯用于PEMFC中的Pt催化剂载体 96
　　4.3.3 微波法合成超薄g-C3N4用于光催化还原CO2 104
　　4.4 小结 110
　　参考文献 110
　　第5章 超声电化学技术（唐少春）114
　　5.1 超声电化学概述 114
　　5.1.1 超声化学合成法 114
　　5.1.2 电化学法 116
　　5.1.3 超声电化学法的原理与特点 117
　　5.1.4 超声电化学法的分类 118
　　5.2 超声电化学法在纳米材料制备中的应用进展 119
　　5.2.1 纳米颗粒的制备 119
　　5.2.2 一维纳米材料的制备 128
　　5.2.3 树枝状纳米材料的制备132
　　5.2.4 多孔纳米材料的制备135
　　5.2.5 复合纳米材料的制备 137
　　5.3 超声电化学在材料合成中的应用展望 145
　　参考文献 146
　　第6章 化学气相沉积（李爱东）149
　　6.1 引言 149
　　6.2 化学气相沉积原理 150
　　6.2.1 定义 150
　　6.2.2 CVD 中的化学反应 151
　　6.2.3 CVD 中的化学热力学和动力学 153
　　6.2.4 化学气相祝积的特点与分类 156
　　6.3 化学气相沉积前驱体和材料 159
　　6.3.1 化学气相沉积前驱体的要求和种类 159
　　6.3.2 化学气相沉积材料 163
　　6.4 化学气相沉积与新材料 165
　　6.4.1 MOCVD生长LaAlO3介电薄膜及其电学性能 165
　　6.4.2 新型无水金属硝酸盐CVD 前驱体的合戚、表征及其应用 170
　　6.4.3 聚焦离子束化学气相沉积在复杂兰维纳米结构制备上的应用 178
　　6.4.4 化学气相沉积碳元素家族材料 180
　　参考文献 190
　　第7章 原子层沉积（李爱东）194
　　7.1 引言 194
　　7.2 原子层沉积原理和特点 194
　　7.2.1 原子层沉积原理 194
　　7.2.2 原子层祝积特点 99
　　7.2.3 原子层沉积分类 201
　　7.3 原子层沉积前驱体和材料 204
　　7.3.1 原子居祝积前驱体 204
　　7.3.2 原子层沉积材料 206
　　7.4 等离子体增强原子层沉积 208
　　7.4.1 等离子体增强原子层沉积原理 208
　　7.4.2 等离子体增强原子层沉积特点 208
　　7.5 原子层沉积应用 210
　　7.5.1 高h 栅介质与新型半导体沟道材料的集成与性能 211
　　7.5.2 超高密度存储器 221
　　7.5.3 生物相容性涂层 230
　　7.5.4 纳米结构和固案的制备及其在能源和光学领域的应用 234
　　参考文献 237
　　第8章 团簇束流沉积（韩民）241
　　8.1 团簇束流沉积技术概述 241
　　8.2 团簇束流的产生 244
　　8.3 团簇束流沉积制备纳米结构薄膜 252
　　8.3.1 团簇束流沉积纳米粒子薄膜制备技术 252
　　8.3.2 团簇束流沉积过程的在钱监控 257
　　8.3.3 定向团簇束流沉积 259
　　8.4 荷能团簇束流沉积 264
　　参考文献 269
　　第9章 脉冲激光沉积技术（陈晓原)272
　　9.1 引言 272
　　9.2 激光与靶的相互作用 273
　　9.2.1 概述 273
　　9.2.2 靶对激光的吸收及靶的熔化和气化 275
　　9.2.3 表面等离子体形成及与激光的相互作用 277
　　9.2.4 碰撞及喷嘴效应 279
　　9.2.5 蒸气及等离子体与靶表面的相互作用 286
　　9.3 羽焰的传输 288
　　9.3.1 概述 288
　　9.3.2 激光脉冲结束后表面等离子体的初始膨胀 290
　　9.3.3 烧蚀物传输的流体行为一一激波的形成和传输 291
　　9.3.4 激波的效应 293
　　9.3.5 沉飘粒子速度的双峰现象 297
　　9.3.6 真空及低气压下烧蚀物对膜表面的再溅射效应 299
　　9.4 沉积粒子的化学状态、动能、沉积时间和空间分布 299
　　9.4.1 概述 299
　　9.4.2 沉现粒子化学状态 300
　　9.4.3 沉积粒子能量 301
　　9.4.4 沉积时间和沉积速率 304
　　9.4.5 沉现粒子的空间分布 304
　　9.4.6 PLD与MBE 的比较 305
　　9.5 薄膜的形成及生长 306
　　9.5.1 薄膜生长的基本过程 306
　　9.5.2 PLD 中薄膜生长的特征 308
　　9.5.3 薄膜取向控制 309
　　9.6 小结和展望 311
　　参考文献 312
　　第10章 分子束外延（顾正彬 吴迪 聂越峰）320
　　10.1 Ⅲ-Ⅴ族分子束外延 320
　　10.1.1 概述 320
　　10.1.2 技术原理与系统掏成323
　　10.1.3 技术特点 326
　　10.1.4 分子束的产生 327
　　10.1.5 RHEED 监控原理 329
　　10.2 激光分子束外延 330
　　10.2.1 概述 330
　　10.2.2 高压RHEED监控 331
　　10.2.3 二维薄膜生长：逐层生长和台阶流生长 333
　　10.2.4 衬底处理 336
　　10.2.5 钙铁矿薄膜、超薄膜和超晶格制备 338
　　10.3 氧化物分子束外延 340
　　10.3.1 概述340
　　10.3.2 同质外延生长SrTiua薄膜 343
　　10.3.3 异质外延生长SrTiua薄膜 346
　　参考文献 349
　　第11章 磁控溅射（顾正彬）352
　　11.1 溅射原理概述 352
　　11.1.1 溅射的工作原理 352
　　11.1.2 磁控溅射的工作原理 354
　　11.1.3 磁控溅射薄膜生长特点 356
　　11.1.4 溅射产额 358
　　11.2 磁控溅射技术 361
　　11.2.1 射频溅射与反应溅射 361
　　11.2.2 非平衡磁控溅射技术 364
　　11.2.3 脉冲磁控撒射 367
　　11.3 磁控溅射应用于材料沉积的实例 369
　　11.3.1 磁控溅射氧化铸薄膜的生长 369
　　11.3.2 磁控溅射铁氧体薄膜的生长 375
　　11.3.3 反应磁控溅射生长二氧化饥薄膜 375
　　参考文献 379
　　第12章 蒸发沉现技术（袁长胜）382
　　12.1 蒸发沉积的物理基础 382
　　12.1.1 蒸发与凝结 382
　　12.1.2 蒸发物质的空间角分布 383
　　12.2 蒸发沉积膜层的生长与结构特性 384
　　12.3 平坦表面的柱状微结构的蒸发沉积386
　　12.3.1 表面扩散与柱状微结掏薄膜生长 386
　　12.3.2 倾角蒸发沉积的微孔柱状微结构生长 387
　　12.3.3 预置图案化表面的微孔桂状微结构生长 389
　　12.3.4 掠角蒸发沉积的微孔柱状徽结构生长 391
　　12.3.5 微孔柱状结构薄膜的物理特性及其应用395
　　12.4 微结构表面的蒸发沉积 397
　　12.4.1 蒸发沉积的台阶覆盖性能 397
　　12.4.2 定向沉积与沉积膜层的图案化 398
　　12.4.3 图案化沉积膜层的遮蔽蒸发沉积 400
　　参考文献 407
　　第13章 提拉法晶体生长技术（姚淑华）410
　　13.1 引言 410
　　13.2 提拉法简介 411
　　13.3 提拉法晶体生长理论 412
　　13.3.1 输运理论 413
　　13.3.2 热力学理论 419
　　13.3.3 动力学理论 419
　　13.3.4 晶体生长形态 420
　　13.4 提拉法晶体生长过程 426
　　13.4.1 提拉法晶体生长程序 426
　　13.4.2 影响晶体生长的因素 428
　　13.5 晶体结构与缺陷 431
　　13.5.1 晶体结构 431
　　13.5.2 晶体缺陷 433
　　13.6 提拉法晶体生长技术进展 436
　　13.6.1 自动等径技术（ADC） 436
　　13.6.2 双柑塌连续加料技术 437
　　参考文献 439
　　第14章 纳米压印技术（葛海雄）441
　　14.1 纳米压印技术的发展 441
　　14.2 纳米压印技术的种类 445
　　14.2.1 热压印与紫外光固化压印445
　　14.2.2 滚轴压印 446
　　14.3 纳米压印胶材料 447
　　14.3.1 紫外光困化纳米压印材料 447
　　14.3.2 双层纳米压印肢体系 448
　　14.4 纳米压印的技术挑战 451
　　14.4.1 纳米压印的缺陷与对准问题 451
　　14.4.2 纳米压印的工艺要求 452
　　14.4.3 纳米压印模板与低表面能处理 453
　　14.5 复合纳米压印技术 455
　　14.5.1 复合纳米压印模板 456
　　14.5.2 曲面压印 457
　　14.5.3 改善纳米压印缺陷 458
　　14.6 纳米压印技术的应用与前景 460
　　14.6.1 磁记录与存储器件 460
　　14.6.2 纳米图案化蓝宝石衬底 462
　　14.6.3 有序金属纳米结构阵列 464
　　参考文献 465

　　《先进材料合成与制备技术》共分为14章，其中既包括一些相对成熟的技术，如溶肢-凝胶法、水热法、化学气相沉积、磁控溅射、蒸发沉积、提拉法晶体生长等在先进材料合成与制备中的新应用，又涉及最近一些年发展起来的材料合成制备加工领域的新技术和新工艺，如溶剂热法合戚、微波合戚、超声电化学、原子层沉积、团簇束流沉积、激光脉冲沉积、分子束外延和纳米压印等。《先进材料合成与制备技术》包含材料合成与制备技术基本原理的介绍，同时又突出了材料的先进性和应用的前沿性，反映了材料合成与制备技术中的一些新进展，是理论与实际应用的有机结合。