分子（纳米）器件包括分子(纳米)尺度的器件和分子（纳米）材料在器件中的应用[也称为分子（纳米）材料器件]两大类别。有机分子（纳米）材料是其主要材料基础。具有光、电、磁功能的分子（纳米）材料及其器件的研究是材料领域的重要前沿课题。《有机纳米与分子器件（上卷）》分两卷，共17章，较全面地介绍了目前有机纳米与分子器件前沿领域的重要研究结果。主要包括分子材料、纳米材料的设计、合成、器件的物理基础和载流子传输理论，分子尺度器件，以及有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、生物传感器等分子（纳米）材料器件。并且对该领域未来的发展进行了展望。
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高等院校化学、材料、物理和信息等专业高年级本科生、研究生以及研究院所科研人员
目录
《纳米科学与技术》丛书序
序
前言
上卷
第1章 有机功能分子（π共辄分子）的设计和合成 1
1.1 稠环芳是 1
1.1.1 一维线型多并苯类化合物 1
1.1.2 纳米石墨烯分子 4
1.1.3 曲面稠环芳烃分子 17
1.2 含有杂原子的共辄体系 25
1.2.1 含有硫族元素的共辄体系 26
1.2.2 含有氮族元素的共辄体系 40
1.3 电子给体受体功能分子 45
1.4 小结 45
参考文献 45
第2章 有机共轭材料中的载流子传输理论 57
2.1 引言 57
2.1.1 有机半导体中的电荷传输理论简介 57
2.1.2 影响迁移率的因素 60
2.2 局域跳跃机制下理论预测载流子迁移率 62
2.2.1 电荷转移速率理论：从经典到量子 63
2.2.2 电荷扩散模拟 64
2.2.3 电荷传输参数的计算 65
2.2.4 基于经典速率公式和近似扩散系数的研究 69
2.2.5 分子尺度以及晶体结构对迁移率的影响 73
2.2.6 高迁移率的分子设计思路 76
2.2.7 量子核隧穿效应以及超越微扰论 77
2.3 小极化子机制：基于Holstein-Peierls 模型的第一性描述 80
2.3.1 茶单晶的Holstein-Peierls 模型 81
2.3.2 分子内及分子间振动的地位 82
2.3.3 温度和压强效应 82
2.4 总结与展望 84
参考文献 85
第3章 有机纳米和分子器件物理与研究方法 90
3.1 引言 90
3.2 载流子 91
3.3 有机纳米和分于器件中的两种物理现象 93
3.3.1 库仑阻塞与库仑台阶 93
3.3.2 近藤效应 95
3.4 分子器件的研究方法 97
3.4.1 1B膜技术 97
3.4.2 扫描隧道显微镜技术 98
3.4.3 纳米间隙电极 101
3.4.4 其他方法 104
3.5 总结与展望 106
参考文献 106
第4章 碳纳米曹 109
4.1 碳纳米管简介 109
4.2 碳纳米管的结构与性质 111
4.2.1 碳纳米管的几何结构 111
4.2.2 单壁碳纳米管的布里渊区 114
4.2.3 碳纳米管的性质 116
4.3 碳纳米管的制备 118
4.3.1 单璧碳纳米管的制备 119
4.3.2 阵列多壁碳纳米管制备 122
4.4 碳纳米管的化学 124
4.4.1 碳纳米管的共价化学 124
4.4.2 碳纳米管的非共价化学 131
4.4.3 碳纳米管的管内填充 135
4.4.4 碳纳米管的化学组装与自组装 137
4.5 碳纳米管的应用 142
4.5.1 碳纳米管场效应晶体管(CNTFET) 142
4.5.2 碳纳米管传感器 146
4.5.3 碳纳米管在钮离子电池中的应用 149
4.5.4 碳纳米管在生物医学中的应用 152
4.6 存在问题与发展趋势 156
参考文献 158
第5章 石墨烯 172
5.1 简介 172
5.1.1 石墨烯的结构与物理性质 172
5.1.2 石墨烯的化学性质 175
5.1.3 石墨烯的制备 179
5.2 影响石墨烯场效应晶体管性能的因素 181
5.2.1 衬底 184
5.2.2 石墨烯与金属电极的接触 187
5.2.3 晶界对石墨烯性质的影响 194
5.2.4 大面积单晶石墨烯的制备 207
5.2.5 石墨烯的转移 227
5.3 石墨烯电学性能的调控 229
5.3.1 石墨烯的p 型掺杂 230
5.3.2 石墨烯的n 型掺杂 232
5.3.3 石墨烯的带隙调控 235
5.4 总结与展望 236
参考文献 237
第6章 有机单分子器件 262
6.1 引言 262
6.2 基于金属电极的单分子器件 263
6.2.1 金属电极对的制备方法 263
6.2.2 双电极单分子器件 267
6.2.3 三电极单分子器件 271
6.2.4 复合器件 274
6.3 碳基电极的单分子器件 277
6.3.1 碳纳米管电极对制备法 277
6.3.2 新一代的碳基单分子晶体管 279
6.3.3 单分子层晶体管 285
6.3.4 第二代石墨烯基的单分子器件 288
6.4 单分子逻辑器件 289
6.4.1 分子开关 290
6.4.2 单分子处理器 295
6.4.3 单分子环振荡椿 297
6.5 挑战和机遇 299
参考文献 300
第7章 有机光电高密度信息存储材料和器件 313
7.1 引言 313
7.2 高密度电信息存储 314
7.2.1 高密度电信息存储材料研究进展 314
7.2.2 高密度电信息存储技术研究进展 324
7.3 高密度光信息存储 327
7.3.1 高密度光信息存储材料 327
7.3.2 高密度光存储技术 337
7.4 多功能存储 342
7.4.1 多位信息存储 342
7.4.2 多模式存储 346
7.5 光电高密度信息存储发展展望 352
参考文献 353
第8章 有机发光二极管 362
8.1 引言 362
8.2 有机发光二极管的基础知识 363
8.2.1 有机发光二极管的发展历程 363
8.2.2 有机发光二极管的结构 364
8.2.3 有机发光二极管的应用简介 367
8.2.4 有机发光二极管的制备 369
8.2.5 有机发光三极管的基础物理 371
8.2.6 有机发光二极管的性能指标 374
8.3 有机发光二极管在材料和器件研究方面的新进展 376
8.3.1 红光材料 376
8.3.2 绿光材料 387
8.3.3 蓝光材料 390
8.3.4 白光材料 397
8.3.5 紫外光和红外光材料 401
8.3.6 热活化延迟荧光材料 402
8.3.7 载流子传输、阻挡材料 406
8.3.8 荧光和磷光主体材料 413
8.3.9 白光器件 417
8.3.10 改善载流子的注入 418
8.3.11 改善载流子的传输 419
8.3.12 增加出射光的外耦合效率 420
8.3.13 有机发光二极管的颜色调节 422
8.3.14 改善有机发光二极管的对比皮 424
8.3.15 提高有机发光二极管的寿命 424
8.4 总结与展望 425
参考文献 427
第9章 有机太阳能电池 446
9.1 引言 446
9.2 聚合物太阳能电池 447
9.2.1 基本原理 447
9.2.2 性能参数 447
9.2.3 分类 449
9.2.4 有机光伏材料 452
9.3 染料敏化纳晶太阳能电池 457
9.3.1 染料敏化电池研究起源 457
9.3.2 电池结构与工作原理 458
9.3.3 提高电池光电流 460
9.3.4 提高电池光电压 463
9.3.5 提高电池填充因子 465
9.3.6 提高电池稳定性 467
9.3.7 其他类型太阳能电池 473
参考文献 474
索引 481
彩图
下卷
第10章 有机场效应晶体管 487
10.1 有机场效应晶体管简介 487
10.2 OFETs基本原理 487
10.2.1 OFETs的结构 487
10.2.2 OFETs工作原理 488
10.2.3 OFETs的分类 490
10.2.4 OFETs的性能 491
10.2.5 有机半导体材料 494
10.2.6 OFETs的介电层 505
10.2.7 OFETs的电极材料 513
10.2.8 OFETs的制备技术 515
10.2.9 影响OFETs性能的因素 519
10.2.10 OFETs的应用 523
10.3 总结与展望 528
参考文献 530
第11章 有机微/纳场效应晶体管 541
11.1 有机半导体微/纳结构的制备 541
11.1.1 气相法 541
11.1.2 液相法 545
11.1.3 其他方法 556
11.2 有机微/纳场效应晶体管的结构 560
11.3 有机微/纳场效应晶体管的制备 562
11.3.1 有机微/纳结构的转移 562
11.3.2 有机半导体微/纳晶体场效应晶体管电极制备 566
11.4 有机微/纳场效应晶体管的性能 572
11.5 有机微/纳场效应晶体管的应用 577
11.6 总结与展望 580
参考文献 580
第12章 有机光导体及应用 586
12.1 背景介绍 586
12.1.1 静电照相技术的历史 586
12.1.2 静电照相过程简介 587
12.1.3 静电照相的原理 587
12.2 有机光导体 589
12.3 有机光导材料 590
12.3.1 酞菁颜料 592
12.3.2 偶氮颜料 595
12.3.3 方酸类颜料 596
12.3.4 苝系颜料 596
12.3.5 电荷转移复合物 597
12.4 有机光导材料的光导机理 597
12.4.1 光生机理的定义和模型 597
12.4.2 光诱导电子转移反应 598
12.5 纳米有机光导材料 599
12.6 机会与前景 600
参考文献 601
第13章 分子磁性材料与器件 605
13.1 物质磁性的基本知识 606
13.1.1 物质的磁性 606
13.1.2 居里-外斯定律 607
13.1.3 磁体 609
13.2 三维磁体 611
13.2.1 分子基三维磁体的发现 611
13.2.2 氨基桥联分子基磁体 614
13.2.3 叠氮根桥联的分子基磁体 617
13.2.4 含有其他桥联配体的三维磁体 617
13.3 高低自旋转换分子材料 619
13.3.1 热致自旋转换化合物 620
13.3.2 光致自旋转换化合物 623
13.4 单分子磁体和单链磁体 628
13.4.1 单分子磁体 629
13.4.2 单链磁体 640
13.5 手性分子磁体 647
13.5.1 具有于性结构的氧氮自由基桥联分子磁体 648
13.5.2 具有手性结构的叠氮桥联分子磁体 648
13.5.3 具有手性结构的氟基桥联分子磁体 650
13.5.4 具有于性结构的羧酸桥联分子磁体 653
参考文献 653
第14章 有机非线性光学材料 662
14.1 非线性光学简介 662
14.2 有机二阶非线性光学发色团 663
14.2.1 有机二阶非线性光学发色团发展历史及相关理论 664
14.2.2 兼具大的非线性光学性能和良好光学透明性的有机二阶非线性光学发色团 666
14.3 有机二阶非线性光学高分子 672
14.3.1 线型有机二阶非线性光学高分子 673
14.3.2 二阶非线性光学树状高分子 678
14.3.3 二阶非线性光学超枝化高分子 689
14.4 有机三阶非线性光学材料 693
14.5 展望 697
参考文献 698
第IS章 生物分子纳米机器 707
15.1 核酸分子机器 707
15.1.1 核酸发现简史 707
15.1.2 核酸分子机器的类型 708
15.1.3 环境因素调控的DNA 分子机器 714
15.1.4 DNA 分子机器的应用 720
15.2 蛋白质分子机器 725
15.2.1 旋转式蛋白质马达 726
15.2.2 直线运动的蛋白质马达 728
15.3 展望 733
参考文献 734
第16章 有机纳米材料与分子传感体系 737
16.1 概述 737
16.1.1 有机纳米材料 737
16.1.2 化学生物传感器 737
16.2 分子传感体系 739
16.2.1 基于主客体超分子化学的分子传感体系 739
16.2.2 基于共轭聚合物的分子传感体系 761
16.2.3 基于生物大分子的分子传感体系 796
16.3 展望 804
参考文献 804
第17章 有机半导体激光 815
17.1 引言 815
17.2 有机半导体激光的基本原理 816
17.2.1 激光器的构造以及激光的特性 816
17.2.2 自发发射、受激发射与受激吸收 816
17.2.3 光的放大 818
17.3 有机半导体发光材料受激发射的研究方法 820
17.3.1 瞬态泵浦探测光谱研究 820
17.3.2 放大自发射研究 822
17.4 有机半导体激光的材料体系和谐振腔结构 824
17.4.1 有机半导体激光的材料体系 824
17.4.2 有机半导体激光的谐振腔结构 827
17.5 有机晶体激光 830
17.5.1 有机晶体的发光效率与分子堆积模式的关系 831
17.5.2 几种具有高发光效率的有机晶体的放大自发射和激光 833
17.6 有机电泵浦激光研究进展 838
17.6.1 有机电泵浦激光 838
17.6.2 间接电泵浦有机激光 842
17.7 总结与展望 843
参考文献 844
附录 缩略语 850
索引 860
彩图
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