第1章 粉體及其性質

1.1 粉體及其特殊性能（1）——小粒徑和高比表面積 2

1.1.1 常見粉體的尺寸和大小 2

1.1.2 粉粒越小比表面積越大 4

1.1.3 涂料粒子使光（色）漫反射的原理 6

1.1.4 粉碎成粉體后成形加工變得容易 8

1.2 粉體及其特殊性能（2）——高分散性和易流動性 10

1.2.1 粉體的流動化 10

1.2.2 粉體的流動模式 12

1.2.3 粉體的浮游性——靠空氣浮起來輸運 14

1.2.4 地震中因低級液態化而引起的災害 16

1.3 粉體及其特殊性能（3）——低熔點和高化學活性 18

1.3.1 顆粒做細，變得易燃、易于溶解 18

1.3.2 禮花彈的構造及粉體材料在其中的應用 20

1.3.3 小麥筒倉發生粉塵爆炸的瞬間 22

1.3.4 電子復印裝置（復印機）的工作原理 24

1.3.5 臭氧層孔洞的擴大與微粒子相關？ 26

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為什么夕陽是紅色的，而天空是蔚藍的？ 28



第2章 粉體參數如何測量

2.1 粉體的特性及測定（1）——粒徑和粒徑分布的測定 30

2.1.1 如何定義粉體的粒徑 30

2.1.2 不同的測定方法適應不同的粒徑范圍 32

2.1.3 粉體粒徑及其計測方法 34

2.1.4 復雜的粒子形狀可由形狀指數表示 36

2.1.5 粒徑分布如何表示 38

2.1.6 納米粒子大小的測量——微分型電遷移率分析儀(DMA) 和動態光散射儀 40

2.2 粉體的特性及測定（2）——密度及比表面積的測定 42

2.2.1 粒子密度的測定——比重瓶法和貝克曼比重計法 42

2.2.2 比表面積的測定——透氣法和吸附法 44

2.3 粉體的特性及測定（3）——折射率和附著力的測定 46

2.3.1 粉體的折射率及其測定 46

2.3.2 粉體層的附著力和附著力的三個測試方法 48

2.3.3 粒子的親水性與疏水性及其測定 50

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微小水滴構成的宏偉畫作——彩虹 52



第3章 粉體的制備與操作

3.1 從上到下(top-down) 制備工藝——破碎和粉碎 54

3.1.1 固體粉碎化技術的變遷——從石磨到氣流粉碎機（jet mill） 54

3.1.2 粉體越細繼續粉碎越難 56

3.1.3 介質攪拌粉碎機 58

3.1.4 粉碎技術的分類及發展動態 60

3.1.5 新型粉碎技術簡介 62

3.2 分級和集塵——小粒徑和高比表面積 64

3.2.1 振動篩和移動篩 64

3.2.2 干式分級機的工作原理 66

3.2.3 集塵率的定義和代表性的集塵裝置 68

3.2.4 布袋集塵器和電氣集塵裝置 70

3.3 混料及造粒——小粒徑和高比表面積 72

3.3.1 代表性的混料機 72

3.3.2 造粒及造粒的目的 74

3.3.3 自足造粒 76

3.3.4 強制造粒 78

3.4 輸送及供給——小粒徑和高比表面積 80

3.4.1 各種粉體輸送機 80

3.4.2 各種粉體供給（加料）機 82

3.4.3 各種干式分散機 84

3.4.4 粉體微細化所表現的性質 86

3.5 從下到上(bottom-up)——非機械式粉體制作方法 88

3.5.1 PVD法制作粉體 88

3.5.2 CVD法制作粉體 90

3.5.3 液相化學反應法制作粉體 92

3.5.4 界面活性劑法制作粉體 94

3.6 粉體精細化技術——粒度精細化及粒子形狀的改善 96

3.6.1 粉體的噴霧干燥 96

3.6.2 粉體顆粒附著、凝聚、固結的分類 98

3.6.3 利用界面反應生成球形粒子的機制 100

3.6.4 復合粒子的分類及其制作 102

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沙塵暴和“核冬天” 104



第4章 粉體的應用

4.1 日常生活用的粉體 106

4.1.1 主婦的一天——日常生活中的粉體 106

4.1.2 食品、調味品中的粉體——綿白糖與砂糖的對比 108

4.1.3 粉體粒子的附著現象 110

4.1.4 古人用沙子制作的防盜墓機構 112

4.2 粉體在高新技術中的應用 114

4.2.1 液晶顯示器中的隔離子 114

4.2.2 CMP用研磨劑 116

4.2.3 粉體技術用于緩釋性藥物 118

4.2.4 粉體技術用于癌細胞分離 120

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PM10和PM2.5 122



第5章 納米材料和納米技術

5.1 納米概念及相關技術 124

5.1.1 為什么“納米”范圍定義為1～100nm 124

5.1.2 納米材料應用實例 126

5.1.3 如何用光窺視納米世界 128

5.1.4 對原子、分子進行直接操作 130

5.1.5 集成電路芯片——高性能電子產品的心臟 132

5.1.6 納米材料的制備方法 134

5.2 納米世界和納米領域 136

5.2.1 納米世界 136

5.2.2 包羅萬象的納米領域 138

5.2.3 納米技術應用領域 140

5.2.4 納米技術之樹 142

5.3 納米技術的應用領域 144

5.3.1 納米結構與納米組織 144

5.3.2 半導體集成電路微細化有無極限？ 146

5.3.3 納米光合作用和染料敏化太陽能電池 148

5.3.4 在利用納米技術的環境中容易實現化學反應 150

5.3.5 干法成膜和濕法成膜技術（bottom-up方式） 152

5.3.6 干法刻蝕和濕法刻蝕加工技術（top-down方式） 154

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納米材料 156



第6章 碳納米管和石墨烯

6.1 碳納米管的結構 158

6.1.1 *小的管狀物質 158

6.1.2 單層石墨片、富勒烯、碳納米環和碳納米螺旋管 160

6.1.3 從單層石墨片卷成碳納米管 162

6.1.4 單層和多層碳納米管 164

6.2 碳納米管的制作 166

6.2.1 電弧法制作碳納米管 166

6.2.2 化學氣相沉積等制作碳納米管 168

6.3 碳納米管的性質 170

6.3.1 碳納米管優異的特性 170

6.3.2 需要解決的特異性問題——以碳納米管三極管為例 172

6.4 碳納米管的應用 174

6.4.1 試探性應用（1）——可能的應用領域 174

6.4.2 試探性應用（2）——場發射顯示器（FED） 176

6.4.3 試探性應用（3）——碳納米管電子槍 178

6.4.4 試探性應用（4）——使用碳納米管的顯示器 180

6.5 石墨烯的結構和制作方法 182

6.5.1 何謂石墨烯 182

6.5.2 石墨烯的制作方法——“自上而下”的方式 184

6.5.3 石墨烯的制作方法——“自下而上”的方式 186

6.6 石墨烯的應用 188

6.6.1 試探性應用（1）——產品的潛在用途 188

6.6.2 試探性應用（2）——柔性顯示 190

6.6.3 試探性應用（3）——石墨烯超級電容器和鋰電池 192

6.6.4 試探性應用（4）——石墨烯量子點光源 194

6.6.5 試探性應用（5）——石墨烯3D 打印 196

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碳納米管天梯 198



第7章 納米材料的應用

7.1 在微電子及IC芯片制作中的應用 202

7.1.1 利用納米技術改變半導體的特性 202

7.1.2 MOS FET器件進一步微細化 204

7.1.3 納米技術引入集成電路制程 206

7.1.4 光刻膠的光化學反應 208

7.1.5 藉由STM探針預激活進行自組織化 210

7.1.6 在晶圓表面制作納米結構 212

7.1.7 單個離子注入法 214

7.2 納米生物自組裝和納米醫療 216

7.2.1 自然界是納米技術的寶庫 216

7.2.2 納米技術為生物醫學產業插上騰飛的翅膀 218

7.2.3 生物體中發揮重要作用的分子機械 220

7.2.4 在金剛石表面制作生物分子 222

7.2.5 未來有可能利用生物納米技術制作雞蛋和雛雞 224

7.2.6 藉由分子集合改變結構和性質 226

7.2.7 作為藥物輸送載體的高分子納米膠態粒子 228

7.2.8 利用高分子納米膠態粒子實現DDS 230

7.3 在新材料和新能源領域的應用 232

7.3.1 原子和分子尺度的自組裝 232

7.3.2 介孔多孔體納米材料設計 234

7.3.3 納米間隙的活用 236

7.3.4 對分子進行分離的色譜管 238

7.3.5 燃料電池提供清潔能源 240

7.3.6 儲氫合金——利用氫能的關鍵 242

7.4 納米技術用于量子計算機 244

7.4.1 電子通道中也有“行車線”——基于電子波動性的新現象 245
7.4.2 納米技術在量子計算機中的應用 246

7.4.3 功能更強的量子計算機 248

7.4.4 量子通信確保信息安全 250

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以納米技術為基礎的量子計算機 252



參考文獻 253



作者簡介 254