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纳米科学技术是20世纪90年代兴起的一门新兴交叉学科，受到世界各国的广泛关注，并不断涌现出新的研究成果。目前，纳米技术不仅已经成为高新技术的代名词，而且还是高等院校广泛开设的一门公共选修课。本书作者以8年来一直采用的《纳米技术及应用》课程教案为蓝本，结合个人研究成果以及对纳米科学技术的认识，参考近年大量相关研究成果编写而成。纳米科学技术涵盖了物理、化学、生物、电子、机械和材料等多个基础学科，由于纳米科技目前处于研究阶段，其理论和技术方面的研究尚未建立一个公认体系，因此编写出一本适用于各科专业学生共同使用的教材，难度较大。本书抓住现有较为成熟的重要科学理论和技术方法，以原子与分子等微观物质理论、材料性能学原理、微电子技术和分子生物学理论与技术为基础，建立起了包括纳米材料的制备、效应、性能、表征与应用，纳米电子与纳机电系统中的纳米器件、纳米加工、原子操纵、纳机电系统，纳米生命科学——基因与细胞的操纵与改性方法及在生物、医学领域中应用等相关内容在内的完整知识体系，力争从纳米科学技术的最终发展目标及发展推动力角度把握纳米科学技术的未来发展方向。
本书主要具有以下两个特点：
1主线内容清晰、注重循序渐进建立知识框架
本书以纳米材料、纳米电子、纳机电系统和纳米生命的科学技术为主线。为适合各专业学生的学习，一般先从发展史开始介绍，然后是原理和加工技术及其应用，这样相对缩小了知识点范围，能够使读者较快建立完整知识体系。
2从具体实际应用与研究的角度选择内容
注重基础理论及应用，力争从相关研究者的角度筛选内容。理论部分为建立材料功能的微观理论奠定基础；而纳米材料表征方法原理、纳米功能材料应用等内容对刚开始从事纳米材料研究人员则具有较高的参考价值。
第1章绪论部分为读者展示了纳米科技的内涵和发展历史、研究基础、研究目标等相关内容，特别是对纳米技术未来发展的预测，阐述了个人的一些观点。第2章，从原子中粒子的研究发现谈起，逐步建立微观物质的结构、运动特性等基本概念，运用量子理论、微观粒子作用力原理架起微观结构与宏观性质之间的桥梁。第3章，在介绍一般材料的分类与性能学的基础上，系统阐述了纳米材料结构、特殊性能、制备方法、表征方法、应用等内容。第4章，从半导体器件的原理和发展引入，介绍了集成电路、微机电系统和纳米加工技术，阐述纳米电子学中部分纳米器件构造及原理。第5章纳米生命科学——生物与医学，在建立生物大分子的结构、功能概念的基础上，主要介绍当前迅速发展的基因重组技术、干细胞技术及其在生物、医学方面的应用，并对生物机器人的研究与发展进行了简单的介绍。本书的核心部分——第3、4、5章，这些内容不仅是纳米科学技术的基础，而且是本科学生应当具备的科学技术方面的基本概念和基础知识，对提高学生的科学素养，建立完整的科学体系框架很有帮助。本书可以作为理工科本科和研究生教材，在学习过大学物理课程后的电子、机械、物理、生物、化学、化工、环境、材料等专业的学生均可使用。
本书历时3年半完成，今天看来，本书整体内容设计尚不尽合理。而且由于涉及知识面较广，错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。
最后，向在编写本书期间，在生活、工作上给予我帮助的父母家人、朋友、同事及学生表示衷心的感谢。

刘祥萱
2008年7月

编写适合高等学校文理工科培养复合型人才需要，反映当前理论研究成果的非专业类系列教材，是一项意义深远、任务艰巨的工程。
长期以来，我国高等教育中文科教育与理工科教育相分离的状况改观不大。如理工科的学生不懂得经济及管理学基本常识，更不可能运用经济及管理学原理来提高工程绩效；经济、管理等文科专业的学生，不懂得如何运用理工科处理科学技术的手段和方法来促进经济管理的绩效等。如何将文科的“虚”和理工科的“实”有机结合起来，使学生不仅在理论上有所建树，而且具有较强的实际工作能力，即不仅会“说”，而且会“做”，“说”、“做”结合。这是21世纪对大学生提出的一个新要求，也是社会主义市场经济对高等教育工作者提出的一个新课题，更是我们编写该系列教材的初衷和目的。因此，为21世纪高等院校文理工科专业的本科生，提供一套强化多种能力、提高综合素质的系列教材已成为当务之急。
我国高等教育学科型的教学体系沿袭了几十年，进入21世纪后，在总结几十年办学得失并借鉴和汲取发达国家成功经验的基础上，提出了“能力本位”的教育思想。2006年，教育部提出学理工的要学点文科知识，学文科的也要学点理工科知识，特别是2007年4月教育部又提出，在校大学生应该学习大学语文，这是注重和突出学生综合素质培养的体现，也是高等教育思想和观念上的一次飞跃。“21世纪高等学校复合型人才培养系列教材”，就是在这方面所做的有益探索，力具特色，有所创新，提高学生分析问题、解决问题的综合能力。几年来，我们组织了几所高校多个学科的多位教授、副教授组成课题组，通过研讨、修改、主讲等多个循环，已经形成了《西方经济学通论》《企业经济学通论》《市场营销学通论》《会计学通论》《管理学通论》《实用法学通论》《劳动法通论》《经济法通论》《合同法通论》《现代科学技术通论》《纳米科学技术概论》等系列讲义，并计划逐步正式出版本系列教材。
本系列教材力具下列特点：
（1）紧缺性。就我们掌握的情况来看，供非专业使用的复合型人才培养系列教材，目前不论是质量还是数量均不能满足需要。
（2）创新性。供非专业使用的复合型人才培养系列教材，不同于专业使用的教材，我们在编写本系列教材时，既按照教育部规定的教学基本要求，又考虑非专业学生的实际，力主创新。在内容选择上，充分考虑到理工科学生的优势，巧妙运用模型、公式等；在表述上，力求通俗易懂，通过浅显的语言，表达深奥的概念与理论，使读者更易理解、掌握必要的知识。
（3）实用性。本系列教材理论联系实际，从实际问题入手，交待解决实际问题的方法。在选择的内容、程序、技术、规范上下工夫，以求确保系列教材的实用价值。
（4）先进性。本系列教材的编写起点高，以目前国内外对该课题研究已达到的水平为起点，尽可能地广泛研究有关文献资料。对于有价值并且得到学术界普遍承认的成果，积极地消化、吸收并使其教材化。对于基本理论问题有新的概括和阐述；对于发展中的重要知识力求有自己明确的观点。力争教材不仅在学术上具有先进性，而且阐述上深入浅出。
（5）科学性。本系列教材尊重大学生的认知特点，例如《企业经济学通论》以企业运作的过程为线索，根据学科的知识结构和学生学习过程中的认知规律，突出企业经济学基本内容在实践中的应用，使整个内容贴近企业经济活动实践，努力缩短知识能力的内化过程，有利于学生在企业经济活动过程中基本理念的形成，提高受教育者的企业经济素质。
“21世纪高等学校复合型人才培养系列教材”，涉及多门学科，编写难度大，其内容、方法、结构也在不断探索、发展和完善，作为系统研究复合型人才系列教程的教材，不足之处在所难免。事实上，任何一门新兴学科的建立和建设都要经历一个过程，都要随着社会实践的发展不断趋于完善。在机械工业出版社和各位主编的大力支持下，本系列教材得以陆续出版发行，才为我们争得全国专家同仁的斧正与合作提供了机会，为此深表谢意。

仉志余
2008年7月

总序
前言
教学建议
第1章绪论1
11纳米科学技术的基本内涵1
12纳米科学技术的产生与发展6
13纳米技术对未来的影响11

第2章原子到纳米尺度物质的
结构与运动16

21原子、分子及晶体结构16
22微观粒子的运动特性29
23典型量子力学体系的处理40
24电子构型与原子云57
25化学键与分子间作用力63

第3章纳米材料的结构、
制备与性能79

31材料的分类与性能79
32纳米材料的分类与特性10333纳米材料的制备方法115
34纳米材料的表征方法129
35重要的纳米材料142
36纳米材料的应用151

第4章微/纳米电子与机电
系统167

41半导体器件与集成电路167
42纳电子器件与纳米加工175
43微/纳机电系统185

第5章纳米生命科学:生物与
医学194

51细胞、生物大分子结构与
功能195
52基因组计划与生物芯片208
53基因重组技术及应用219
54干细胞与克隆技术227
55微/纳米生物医学技术及
应用234

参考文献243