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| 內容簡介： |
新型纳米材料与器件是材料类、化工类等专业学生学习和掌握材料科学基础知识、材料成分与性能设计方法以及功能材料器件化应用的重要专业课。该课程体现材料与器件之间的本质关联，材料是功能化器件的物质基础与现实应用的重要依托。本书着重基本知识、基本理论、器件结构和应用的讲解；在培养实践能力方面着重材料制备与微观结构表征、功能器件设计与性能测试的基础训练。从纳米材料和纳米结构的基本概念出发，介绍纳米材料的种类、制备方法、结构与性能、材料成分设计，侧重材料尺度（原子、团簇、 100nm、微米）在器件性能的体现，以及材料在微电子器件、电子封装器件、柔性电子器件、铁电器件、磁性器件、自旋电子器件、热电器件、核能装置等的应用。
《新型纳米材料与器件》可作为材料类、化工类专业及相关专业的本科生教材，也可以作为各行业专业人士了解纳米材料、新型功能器件的应用和发展的参考书。
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| 關於作者： |
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董星龙，大连理工大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。长期从事“核/壳”型纳米粒子制备与表征、金属基纳米复合电磁功能材料、锂离子电池纳米复合电极材料、单原子催化剂、金属含能纳米粉体材料、微纳粉体工程化及微电子器件MLCC应用等研究。目前在国内外学术期刊如NatureCommunication，NanoEnergy，Phys.Rev.B，Appl.Phys.Lett.等刊物发表论文200余篇；获得/申请国家专利20余项。获得《第三届中国大学出版社图书奖优秀学术著作奖》（2013年）、《辽宁省自然科学一等奖》（磁性纳米胶囊的制备、磁性和电磁性能研究，2011年）、教育部“新世纪优秀人才”计划（2005年）、辽宁省“新世纪百千万人才工程”（2004年）、《辽宁省自然科学学术成果一等奖》（2003年）。担任《应用物理》国际中文期刊、《新型工业化》期刊编委、《材料科学研究与应用》期刊编委、中国金属学会功能材料分会委员、辽宁省民族科普学会副理事长；担任国家科技奖评审专家、国家自然科学基金评审专家、教育部学位中心评审专家、上海市、浙江省等科技评审专家；100余种国内外学术刊物审稿人。
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| 目錄：
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1 纳米结构与纳米材料基础 001
1.1 纳米科学与技术概述 001
1.1.1 纳米科技的产生和发展 001
1.1.2 纳米技术与器件微型化 003
1.1.3 纳米技术与人工智能 004
1.1.4 纳米技术的意义与挑战 005
1.2 纳米结构的基本特性 006
1.2.1 纳米结构表面原子数比率 007
1.2.2 纳米结构表面能 007
1.2.3 纳米结构尺寸与化学势 010
1.2.4 量子尺寸效应 012
1.2.5 纳米结构中的量子输运 013
1.2.6 纳米材料稳定化机理 014
1.3 纳米材料制备原理及技术 017
1.3.1 “自下而上”的制备策略 017
1.3.2 “自上而下”的制备策略 021
1.3.3 常用纳米材料制备技术 023
1.4 典型纳米结构类型 034
1.4.1 零维纳米结构 034
1.4.2 一维纳米结构 036
1.4.3 二维纳米结构 037
1.4.4 三维纳米复合结构 039
1.4.5 微孔和介孔结构 039
参考文献 040
2纳米材料成分设计方法 045
2.1 材料成分设计相关的电子理论 045
2.1.1 Hume Rothery规则 045
2.1.2 电子浓度 046
2.1.3 d电子理论 047
2.1.4 固体与分子经验电子理论 049
2.2 经验参数法 050
2.2.1 当量法 051
2.2.2 成分设计中的各种经验原则 051
2.3 计算机辅助成分设计 053
2.3.1 CALPHAD计算相图 053
2.3.2 第一性原理 056
2.3.3 分子动力学模拟 058
2.3.4 机器学习 060
2.4 基于短程有序结构的团簇加连接原子模型及相关团簇式成分设计方法 062
2.4.1 成分的结构载体 062
2.4.2 晶体学的挑战 062
2.4.3 团簇加连接原子模型（cluster-plus-glue-atom model） 063
2.4.4 团簇式成分设计方法的应用 064
参考文献 065
3功能化器件原理与微电子器件 069
3.1 功能化器件原理 069
3.1.1 电子元器件概述 069
3.1.2 电子元器件中的纳米尺寸效应 070
3.1.3 功能化器件原理 071
3.2 集成电路（芯片）材料与工艺 081
3.2.1 集成电路的发展历史 081
3.2.2 集成电路制造技术 085
3.2.3 集成电路中的材料与工艺 087
3.3 叠层陶瓷电容器（MLCC） 098
3.3.1 MLCC器件概述 098
3.3.2 MLCC器件结构及分类 100
3.3.3 MLCC的制造材料 102
3.3.4 MLCC器件制造工艺 114
3.4 微机电系统 118
参考文献 119
4电子封装材料与器件 121
4.1 电子封装简介 121
4.1.1 封装的基本概念 122
4.1.2 封装的分级 123
4.1.3 封装的技术要求 125
4.1.4 纳米材料的应用 126
4.2 封装材料 128
4.2.1 封装基板材料 128
4.2.2 互连和组装材料 131
4.2.3 热界面材料 136
4.2.4 密封材料 139
4.3 封装工艺与技术 140
4.3.1 键合技术 140
4.3.2 倒装芯片封装技术 143
4.3.3 插件式封装技术 144
4.3.4 表面贴装技术 145
4.3.5 系统级封装技术 146
4.4 封装工艺中的可靠性问题 148
4.4.1 成品检测与测试 149
4.4.2 典型失效情况 150
4.5 器件集成与封装设计 150
4.5.1 集成电路设计基础 150
4.5.2 封装设计原理 151
4.5.3 封装与系统集成 152
4.6 环保与可持续封装 153
4.6.1 环保封装材料 154
4.6.2 绿色环保封装技术 155
参考文献 156
5柔性电子纳米材料与器件 159
5.1 概述 160
5.1.1 柔性电子学的定义 160
5.1.2 柔性电子器件的发展历史 161
5.2 柔性电子器件结构与纳米材料 163
5.2.1 柔性衬底 163
5.2.2 柔性电路 166
5.2.3 电子元件和功能材料 169
5.2.4 封装层 169
5.3 柔性电子制造技术 170
5.3.1 图案化技术 170
5.3.2 功能材料制备技术 174
5.3.3 封装技术 175
5.4 柔性电子器件 178
5.4.1 柔性能源器件 178
5.4.2 柔性传感器件 181
5.4.3 柔性显示器件 184
参考文献 185
6铁电纳米材料与器件 191
6.1 典型铁电材料 193
6.1.1 钙钛矿结构铁电材料 193
6.1.2 萤石结构铁电材料 195
6.1.3 纤锌矿结构铁电材料 199
6.2 铁电存储器 204
6.2.1 铁电随机存储器（FeRAM） 204
6.2.2 铁电晶体管（FeFET） 209
6.2.3 铁电隧道结（FTJ） 213
参考文献 216
7磁性纳米材料与器件 219
7.1 磁性纳米材料概述 219
7.1.1 磁构型 219
7.1.2 磁性纳米材料的矫顽力 220
7.1.3 反磁化过程 221
7.1.4 超顺磁性 223
7.2 典型磁性纳米材料与器件 224
7.2.1 磁记录材料与器件 224
7.2.2 磁性液体及应用 229
7.2.3 纳米晶软磁材料与器件 233
7.2.4 纳米复相永磁材料与应用 240
7.2.5 纳米磁性生物材料与应用 247
7.3 电磁波吸收与屏蔽材料 252
7.3.1 电磁波谱与电磁屏蔽 252
7.3.2 电磁波吸收材料 260
参考文献 260
8自旋电子材料与器件 263
8.1 自旋电子学的历史与现状 263
8.1.1 电子自旋的发现与磁性 263
8.1.2 自旋电子学的诞生 266
8.1.3 研究现状及研究方向 268
8.2 典型自旋电子器件及材料 269
8.2.1 巨磁阻器件及材料 270
8.2.2 隧穿隧道结器件及材料 273
8.2.3 自旋转移矩器件及材料 276
参考文献 280
9热电纳米材料与器件 283
9.1 热电转换原理及应用 283
9.1.1 热电效应 283
9.1.2 热电输运理论 285
9.2 热电材料制备及性能表征 287
9.2.1 薄膜热电材料 287
9.2.2 块体热电材料 289
9.3 热电性能优化策略 294
9.3.1 电输运优化策略 294
9.3.2 热输运优化策略 297
9.4 热电器件设计 301
9.4.1 可穿戴热电器件 302
9.4.2 常规块体热电器件 303
参考文献 311
10核电纳米材料与技术 315
10.1 裂变堆用核电纳米材料 315
10.1.1 工程纳米核燃料UO2 316
10.1.2 用于捕获裂变产物的纳米材料 317
10.1.3 堆芯纳米材料 318
10.1.4 核辐射监测、传感纳米材料 318
10.1.5 抗辐照纳米材料 319
10.2 聚变堆偏滤器用核电纳米材料 320
10.2.1 纳米纯钨 321
10.2.2 纳米第二相弥散强化钨 323
10.2.3 弥散强化热沉铜合金 326
10.2.4 纳米氧化物弥散强化钢 330
参考文献 331
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| 內容試閱：
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战略性新兴领域对经济社会发展全局和长远发展具有重大引领带动作用，体现知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业特征，主要包括新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料产业、生物产业、新能源汽车产业、新能源产业、节能环保产业等。新材料是高新技术产业的基础和先导，对其他产业的发展起着支撑作用，如新型金属材料、高性能复合材料、先进半导体材料等。为加强高等学校战略性新兴领域卓越工程师培养，深化新工科建设，充分发挥教材作为人才培养关键要素的重要作用，教育部于 2023年 11月印发《关于组织开展战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设工作的通知》，推荐组建了 69支教材建设团队。大连理工大学牵头承担了新材料领域中“化工新材料”教材体系建设工作，本教材《新型纳米材料与器件》是其 20本教材体系中的一本。
随着科学技术的不断进步和发展，人们对存储、显示和传感等各类器件的要求越来越高，推动器件向高性能化、小型化、多功能、智能化等方向发展，呈现柔性可穿戴、健康全时监测等特性，这些要求对材料和器件提出了巨大的挑战，各种新材料、新器件应运而生。纳米结构所具有的表面效应、小尺寸效应、界面效应和量子效应等，是导致纳米材料在光、电、热、磁等物理性质上突变的主要原因，表现出与块体材料截然不同的性能。一系列低维纳米材料（如零维量子点、一维纳米管、二维石墨烯等新材料）因其具有独特的结构和优异的性能，正在满足未来社会对材料和多功能微型化器件的要求。在新材料中，纳米材料占据了非常重要的地位，是当前材料科学的研究前沿，也是材料科学、软物质科学、物理、化学、工程等领域的重要交叉点，覆盖面广，包含了很多基础科学问题和关键技术问题。
本教材着力于体现纳米材料与功能器件之间的本质关联——纳米材料是功能化器件的物质基础，也是其现实应用的核心依托。本教材内容从纳米材料和纳米结构的基本概念出发，介绍纳米材料的种类、制备方法、结构与性能、材料成分设计，侧重材料尺度（原子、团簇、 100nm、微米）在器件性能中的体现，以及纳米材料在微电子器件与封装、柔性电子器件、铁电器件、磁性器件、自旋电子器件、热电器件、核能装置中的应用。
本教材为纳米科技与电子器件领域众多专家和学者集体智慧的结晶。主要编写人员有来自大连理工大学材料科学与工程学院的教学和科研团队，他们多年来一直从事各类纳米材料、功能器件相关的设计、制备、表征与应用，致力于教学与科研工作，具有丰富的教学经验和实践经历，分别承担了本书第 1章纳米结构与纳米材料基础（董星龙、陈国清）、第2章纳米材料成分设计方法（李晓娜）、第 3章功能化器件原理与微电子器件（周大雨、董星龙）、第 4章电子封装材料与器件（马海涛）、第 5章柔性电子纳米材料与器件（王鹏伟）、第 6章铁电纳米材料与器件（周大雨）、第 7章磁性纳米材料与器件（李艳辉、董星龙）、第 8章自旋电子材料与器件（邱志勇）、第 9章热电纳米材料与器件（康慧君）和第 10章核电纳米材料与技术（王英敏）的编写工作。还有来自战略性新兴领域相关产业的专业人士参与了本教材的编写与审阅工作，他们分别是高珺先生（大连海外华昇电子科技有限公司，高端电子浆料生产）、全日龙先生（上海凯锐恩半导体科技有限公司，半导体工艺材料研发与生产）、范凯先生（中国核工业二三建设公司，核电装备制造）、刘天成先生（安泰科技股份有限公司，非晶 /纳米晶软磁合金生产）、蔡博文先生（广西自贸区见炬科技有限公司，微型热电器件制造）、王言新先生（湖北永创鑫电子有限公司，柔性电子器件和电路板规模化制造）。
本书在编写过程中查阅了大量纳米科技及相关电子器件的参考文献，在此向本书所涉及内容的原作者表示衷心的感谢。
由于作者水平及经验有限，书中有不足之处在所难免，衷心希望广大读者提出宝贵意见和建议。
作者
2024年5月
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