鉴于纳米技术已经并正在从不可思议的想象变为令人鼓舞的现实，人们对于一部面向应用、权威、全面、易查易用的纳米技术全书的需求日益增强，而这部单卷本《施普林格纳米技术手册》恰恰集成了各个重要的分支学科的知识，作者们综汇了大量纳米技术基础与应用的实用信息，及时满足了这一需求。作为原书的第二版，其内容更新、更全面。经验丰富的主编和由150多位世界知名学者组成的国际化编撰团队保证了本书内容的完整性和权威性。本手册适合工作在纳米技术领域或那些受到这一新兴关键技术影响的其他领域的机械工程师、电子工程师、材料科学家、物理学者、化学工作者参考使用；本书用途广泛，既可以作为大学的教科书，也可以作为科研人员工作中的参考书。
样章试读
目录
- 缩略语列表
绪论
1 纳米技术介绍
BharatBhushan
1.1 纳米技术——定义和范例
1.2 研究背景和科研投入
1.3 向自然学习（仿生学）
1.4 在不同领域的应用
1.5 各种论题
1.6 科研培训
1.7 手册组织结构
参考文献
第一部分 纳米结构,微／纳米加工技术和材料
2 纳米材料的合成与应用：分子元器件
FranÇiscoM.Raymo
2.1 纳米结构材料的化学合成方法
2.2 分子开关与逻辑门
2.3 固态器件
2.4 结论与展望
参考文献
3 碳纳米管介绍MarcMonthioux,PhilippeSerp,EmmanuelFlahaut,ManitraRazafinimanana,ChristopheLaurent,AlainPeigney,WolfgangBacsa,Jean-MarcBroto
3.1 碳纳米管结构
3.2 碳纳米管合成
3.3 碳纳米管的生长机理
3.4 碳纳米管特性
3.5 以碳纳米管为基础的纳米器件
3.6 碳纳米管的应用
3.7 结语
参考文献
4 纳米线
MildredS.Dresselhaus,Yu-MingLin,OdedRabin,MarcieR.Black,JingKong,GeneDresselhaus
4.1 合成
4.2 纳米线的表征及其物理特性
4.3 应用
4.4 结语
参考文献
5 基于模板方法的纳米棒及纳米线阵列制备
Huamei（Mary）Shang,GuozhongCao
5.1 基于模板的方法
5.2 电化学沉积
5.3 电泳沉积
5.4 模板填充
5.5 反应模板转化
5.6 总结和结语
参考文献
6 用聚焦离子束化学气相沉积进行三维纳米结构构建
ShinjiMatsui
6.1 三维纳米结构构建
6.2 纳米机电学
6.3 纳米光学：来自于大闪蝶的启示
6.4 纳米生物学
6.5 总结
参考文献
7 微／纳米加工技术介绍
BabakZiaie,AntonioBaldi,MassoodZ.Atashbar
7.1 基础微加工技术
7.2 微机电系统（MEMS）加工技术
7.3 纳米加工技术
7.4 总结和结论
参考文献
8 纳米压印光刻技术
HelmutSchift,AndersKristensen
8.1 新兴的纳米图案化方法
8.2 纳米压印过程
8.3 纳米压印的工具和材料
8.4 应用
8.5 结论和展望
参考文献
9 冲压技术在微／纳米加工技术中的应用
EtienneMenard,JohnA.Rogers
9.1 高分辨率冲压
9.2 微接触印刷
9.3 纳米转印
9.4 应用
9.5 结论
参考文献
10 微／纳机电系统材料
ChristianA.Zorman,MehranMehregany
10.1 硅
10.2 锗材料
10.3 金属
10.4 恶劣环境半导体
10.5 GaAs,InP和相关的III-V材料
10.6 铁电材料
10.7 聚合物材料
10.8 未来趋势
参考文献
11 纳米体系机械分散设计机理的复杂性和突出性
DavidWendell,DeanHo,CarloD.Montemagno
11.1 定义
11.2 自然界中分散系统的例子和试验分析
11.3 设计突现行为于纳米系统中：合成分散纳米结构的主要例子
11.4 结论
参考文献
12 纳米尺度的热电材料
JosephP.Heremans
12.1 热电学前景
12.2 低维固体化合物的热电传输理论
12.3 量子阱的二维热电传输
12.4 量子线的一维热电传输
12.5 准零维系统，含量子点固体材料
12.6 结论
参考文献
13 宏观电子学中的纳米／微米结构半导体材料
YugangSun,Seung-HyunHur,JohnA.Rogers
13.1 半导体纳米材料的分类及其制备
13.2 塑料基片上有序纳米结构薄膜的制备
13.3 在宏观电子学中的应用
13.4 展望
参考文献
第二部分 微机电系统／纳机电系统和生物微机电系统／纳机电系统
14 下一代DNA杂交与自组装纳米加工器件
MichaelJ.Heller,BenjaminSullivan,DietrichDehlinger,PaulSwanson,DaliborHodko
14.1 电子微阵列技术
14.2 电场辅助的纳米加工过程
14.3 结论
参考文献
15 MEMS／NEMS设备与应用
DarrinJ.Young,ChristianA.Zorman,MehranMehregany
15.1 微机电系统（MEMS）设备与应用
15.2 纳机电系统（NEMS）
15.3 目前的挑战和未来趋势
参考文献
16 纳米微悬臂力学传感器
HansPeterLang,MartinHegner,ChristophGerber
16.1 技术
16.2 微悬臂传感器
16.3 操作模式
16.4 微加工
16.5 测量装置
16.6 功能化技术
16.7 应用
16.8 结论和展望
参考文献
17 纳米治疗设备
StephenC.Lee,MarkRuegsegger,PhilipD.Barnes,BryanR.Smith,MauroFerrari
17.1 定义和探讨范围
17.2 合成方法："自上而下"与"自下而上"的纳米治疗设备元件的合成方法
17.3 技术上和生物学上的机遇
17.4 纳米治疗设备的应用
17.5 结语：应用中和发展前景中的障碍
参考文献
18 G蛋白偶联受体：表面展示和生物传感器技术
EdwardJ.McMurchie,WayneR.Leifert
18.1 GPCR（G蛋白偶联受体）-蛋白活化循环
18.2 GPCRs和G蛋白的制备
18.3 GPCR信号的测量
18.4 GPCR生物传感
18.5 GPCR信号的蛋白质工程
18.6 GPCRs在纳米技术中的前景
参考文献
19 微流控技术及其在芯片实验室中的应用
ChongH.Ahn,Jin-WooChoi
19.1 微流控设备所用材料和微米／纳米预制技术
19.2 活性微流控设备
19.3 小型惰性微流控设备
19.4 用于生化分析的芯片实验室
参考文献
20 基于离心机制的流控平台
JimZoval,GuangyaoJia,HoracioKido,JitaeKim,NahuiKim,MarcJ.Madou
20.1 为什么向心力产生流体推进
20.2 光碟或微型离心流控技术
20.3 CD的应用
20.4 总结
参考文献
21 在微流控设备中的微米／纳米液滴
"Mike"Yung-ChiehTan,Abraham"Abe"Lee
21.1 活性或可编程液滴系统
21.2 惰性液滴控制技术
21.3 应用
21.4 总结
参考文献
第三部分 扫描探针显微技术
22 扫描探针显微术——工作原理、仪器构造及探针
BharatBhushan,OthmarMarti
22.1 扫描隧道显微镜
22.2 原子力显微镜
22.3 原子力显微镜的仪器系统及数据分析
参考文献
23 扫描显微术中的探针
JasonH.Hafner
23.1 原子力显微术
23.2 扫描隧道显微术
参考文献
24 非接触式原子力显微术和相关专题
FranzJ.Giessibl,YasuhiroSugawara,SeizoMorita,HirotakaHosoi,KazuhisaSueoka,KoichiMukasa,AkiraSasahara,HiroshiOnishi
24.1 原子力显微术
24.2 在半导体材料中的应用
24.3 在绝缘体材料中的应用
24.4 在分子研究中的应用
参考文献
25 低温扫描探针显微术
MarkusMorgenstern,AlexanderSchwarz,UdoD.Schwarz
25.1 低温条件下显微镜的操作使用
25.2 仪器系统
25.3 扫描隧道显微镜及谱学技术
25.4 扫描力显微镜及谱学技术
参考文献
26 动态力显微术中的高阶谐波力检测
OzgurSahin,CalvinF.Quate,OlavSolgaard,FranzJ.Giessibl
26.1 轻敲模式AFM中的针尖样品间相互作用力模型
26.2 采用弯曲共振技术增益相互作用力中的一个特征谐波分量
26.3 通过扭转振动检测时间分辨的针尖样品间作用力
26.4 应用举例
26.5 在小振幅条件下的高阶谐波原子力显微术
参考文献
27 原子力显微术的动态力测量模式
A.Schirmeisen,B.Anczykowski,HaraldFuchs
27.1 研究动因：测量单原子键作用力
27.2 谐振子：动态AFM模型系统
27.3 动态力AFM的工作模式
27.4 Q控制
27.5 应用动态力AFM测量能量耗散过程
27.6 总结
参考文献
28 分子识别力显微术：从简单键合到复杂能量景貌
PeterHinterdorfer,ZivReich
28.1 针尖配体化学
28.2 探针表面的受体固定
28.3 单分子识别力检测
28.4 分子识别力谱原理
28.5 识别力谱：从孤立的分子到生物膜
28.6 识别成像
28.7 总结
参考文献
第四部分 纳米摩擦学和纳米力学
29 纳米摩擦学,纳米力学和材料表征
BharatBhushan
29.1 AFM／FFM与其他测量技术
29.2 表面成像,摩擦力和黏附力
29.3 磨损,擦刮,局部变形和预制／加工
29.4 压痕
29.5 边界润滑
29.6 结语
参考文献
30 分子级单层膜的表面力和纳米流变学
MarinaRuths,JacobN.Israelachvili
30.1 简介：表面力的种类
30.2 用于研究表面力的方法
30.3 干燥（非润滑）表面间的法向力
30.4 液体里表面间的法向力
30.5 黏附力和毛细作用力
30.6 简介：摩擦的不同方式和连续区模型的局限
30.7 在干燥表面（非润滑和固体边界润滑）的黏附力和摩擦力之间的关系
30.8 液体润滑的表面
30.9 摩擦下的纳米级结构作用
参考文献
31 界面力和限制流体的谱学研究
Y.ElaineZhu,AshisMukhopadhyay,SteveGranick
31.1 在微米或纳米级流控技术中液体流动的水动力：关于非滑动边界的一个问题
31.2 疏水相互作用和疏水界面上的水
31.3 限制流体的超快光谱研究：超快光谱和测力仪器的结合
31.4 对分子级薄膜的摩擦和扩散进行对比
31.5 剪切过程中受限分子的扩散
31.6 总结
参考文献
32 对存在液体和单分子膜的固体表面上的纳米尺度黏附的扫描探针研究
RobertW.Carpick,JamesBatteas,MaartenP.deBoer
32.1 纳米尺度黏附的重要性
32.2 测量黏附力的技术
32.3 力、位移和针尖的校准
32.4 在黏附过程中液体毛细作用的效果
32.5 自组装单层膜
32.6 结语
参考文献
33 原子级的摩擦和磨损
EnricoGnecco,RolandBennewitz,OliverPfeiffer,AnisoaraSocoliuc,ErnstMeyer
33.1 超高真空条件下的摩擦力显微术
33.2 Tomlinson模型
33.3 原子级的摩擦力实验
33.4 原子摩擦的热效应
33.5 纳米级接触的几何效应
33.6 原子级剪切
33.7 原子摩擦和剪切的分子动力学模拟
33.8 在非接触式原子力显微术中的能量耗散
33.9 总结
参考文献
34 纳米级摩擦、黏附和磨损的速度依赖性
NikhilS.Tambe,BharatBhushan
34.1 纳米摩擦学研究科学和工程问题
34.2 仪器操作
34.3 纳米级摩擦和黏附的速度依赖性
34.4 主控摩擦力区域和机制
34.5 纳米级摩擦力制图
34.6 在高滑动速度条件下剪切力的研究
34.7 纳米技术中的低摩擦和低黏附材料
34.8 结语
参考文献
35 计算机模拟纳米级压痕和摩擦
SusanB.Sinnott,Seong-JunHeo,DonaldW.Brenner,JudithA.Harrison
35.1 计算的细节
35.2 压痕
35.3 摩擦和润滑
35.4 结语
参考文献
36 纳米尺度力学性质——测量技术及其应用AndrzejJ.Kulik,AndrasKis,GérarsGremaud,StefanHengsberger,GustavoS.Luengo,PhilippeK.Zysset,LászlóForró
36.1 动态接触式AFM测量的局部力谱
36.2 静态方法——介观样本、剪切和杨氏模量
36.3 扫描纳米压痕——干性和湿性条件下生物组织的纳米力学性质测定
36.4 结语和展望
参考文献
37 固体表面和薄膜的纳米力学性质
AdrianB.Mann
37.1 仪器操作
37.2 数据分析
37.3 变形模式
37.4 薄膜和多层膜
37.5 发展中的领域
参考文献
38 力学性质和摩擦学中的尺度效应
BharatBhushan,MichaelNosonovsky
38.1 术语
38.2 简介
38.3 力学性质的尺度效应
38.4 表面粗糙度和接触参数的尺度效应
38.5 摩擦力的尺度效应
38.6 剪切力的尺度效应
38.7 接触面温度的尺度效应
38.8 结语
38.A 粒子尺寸分布统计
参考文献
39 生物纳米技术中的力学问题
RobPhillips,PrashantK.Purohit,JanéKondev
39.1 生物-纳米技术交叉科学
39.2 生物-纳米体系中的相关尺度
39.3 纳米-生物体系中的建模问题
39.4 自然界中的纳米技术：以病毒为研究对象
39.5 结语
参考文献
40 使用原子力显微术和纳米压痕技术表征人发的结构、纳米力学及纳米摩擦学特性
BharatBhushan,CarmenLaTorre,GuohuaWei
40.1 人类头发、皮肤、护发产品
40.2 实验技术
40.3 结构的AFM表征
40.4 纳米压痕和纳米划痕的纳米力学表征
40.5 大尺寸摩擦学表征
40.6 使用AFM表征纳米摩擦
40.7 总结
40.A 护发素厚度的估算
参考文献
41 纳米结构的力学特性
BharatBhushan
41.1 测定纳米结构力学性质的实验技术
41.2 实验结果与讨论
41.3 粗糙面及划痕纳米结构的有限元分析
41.4 总结
参考文献
第五部分 润滑的分子薄膜
42 硬质超薄无定形碳膜的纳米摩擦学
BharatBhushan
42.1 通用膜沉积技术简介
42.2 化学及物理涂层的特性
42.3 涂层的微机械及摩擦特性
42.4 总结
参考文献
43 用于控制黏附、摩擦及磨损的自组装单层膜
BharatBhushan
43.1 有机化学简论
43.2 自组装单层膜： 基底,联接链和末端基团
43.3 自组装单层膜的摩擦特性
43.4 总结
参考文献
44 纳米尺寸边界的润滑研究
BharatBhushan,HuiwenLiu
44.1 润滑剂细节
44.2 纳米变形、分子构型及润滑延展
44.3 边界润滑研究
44.4 总结
参考文献
45 纳米润滑中的动力学和热力学
ReneM.Overney,GeorgeW.Tyndall,JaneFrommer
45.1 背景：从块体材料润滑到分子润滑
45.2 润滑摩擦的热运动模型
45.3 润滑模型的功能行为
45.4 基于微小不变性的接点的热力学模型
45.5 高斯统计的限制——分形空间
45.6 反应润滑的分形运动性
45.7 较大变性接点的亚稳润滑体系
45.8 总结
参考文献
第六部分 工业应用
46 "千足虫"——基于纳米技术的AFM数据存储系统
GerdK.Binnig,G.Cherubini,M.Despont,UrsT.Dürig,EvangelosEleftheriou,H.Pozidis,PeterVettiger
46.1 千足虫的概念
46.2 热机械AFM数据存储
46.3 阵列的设计、技术及加工
46.4 阵列表征
46.5 X／Y／Z介质微扫描仪
46.6 32×32排列芯片的初次读写结果
46.7 高分子介质
46.8 读取通道模型
46.9 系统的其他方面
46.10 总结
参考文献
47 用于数据存储的纳米技术
DrorSarid,BrendanMcCarthy,GhassanE.Jabbour
47.1 商业数据存储器的现代地位
47.2 纳米技术为数据存储提供的新机遇
47.3 总结
参考文献
48 磁盘文件双级伺服系统的微驱动装置
RobertoHorowitz,Tsung-Lin（Tony）Chen,KennOldham,YunfengLi,XinghuiHuang,Shih-ChungKon,RyozoNagamune
48.1 静电微驱动装置的设计
48.2 装配
48.3 MEMS微驱动装置双级伺服系统的伺服控制设计
48.4 结论和展望
参考文献
49 纳米机器人技术
BradleyJ.Nelson,LixinDong
49.1 概述
49.2 纳米尺寸的驱动
49.3 纳米机器操作系统
49.4 纳米机器组装
49.5 应用
参考文献
第七部分 微／纳米器件的可靠性
50 MEMS／NEMS及生物MEMS／NEMS材料和装置的纳米摩擦和材料特性
BharatBhushan
50.1 简介
50.2 硅和相关物质的摩擦研究
50.3 MEMS／NEMS的润滑研究
50.4 硅基的生物分子表面和多聚物涂层表面的摩擦研究
50.5 纳米图形化表面
50.6 成分研究
50.7 总结
50.A 微／纳米装配方法附录
参考文献
51 微／纳装置的实验表征技术
KimberlyL.Turner,PeterG.Hartwell
51.1 研究动因
51.2 动态MEMS／NEMS的应用
51.3 测试／表征技术
51.4 范例：表征一个平面内的MEMS驱动装置
51.5 测试设计
参考文献
52 MEMS／NEMS装置的失效机理
W.MerlijnvanSpengen,RobertModlinski,RobertPuers,AnneJourdain
52.1 故障模式及失效机理
52.2 电荷相关的故障机制
52.3 蠕动、疲劳、磨损、以及与封装相关的故障
52.4 总结
参考文献
53 微机械加工结构的力学性质
HaroldKahn
53.1 基底上薄膜的力学性质测定
53.2 测定力学性质的微机械结构
53.3 力学性质的测量
参考文献
54 薄膜微／纳米结构的力热／力电学行为
Martin.L.Dunn,ShawnJ.Cunningham
54.1 多层膜结构的力热学
54.2 薄膜结构的力电学
54.3 总结及其他主题
参考文献
55 微机电系统（MEMS）产品的批量生产和现场稳定性
JackMartin
55.1 生产策略
55.2 可靠制造技术
55.3 性能稳定性
参考文献
56 微／纳米系统中的封装和稳定性
JongbaegKim,Yu-TingCheng,MuChiao,LiweiLin
56.1 微／纳米电力学的封装
56.2 密封和真空封装及其应用
56.3 与热相关的因素和封装可靠性
56.4 未来趋势和总结
参考文献
第八部分 技术融合与纳米技术的掌控
57 纳米尺度上的技术融合
WilliamSimsBainbridge
57.1 纳米科学的协同作用
57.2 纳米尺度技术的融合动态
57.3 道德、法律和社会影响
57.4 合成演化
57.5 技术融合的文化影响
57.6 总结
参考文献
58 掌控纳米技术：社会、道德和人类论题
WilliamSimsBainbridge
58.1 社会科学背景
58.2 纳米技术对人类的影响
58.3 纳米技术的规范化
58.4 纳米技术的人文内涵
58.5 总结
参考文献
致谢
作者简介
主题索引
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