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分子器件与分子机器——纳米世界的概念和前景 - 中国高校教材图书网
书名： 分子器件与分子机器——纳米世界的概念和前景
ISBN：978-7-5628-2610-1/O.210 条码：
作者： Margherita Venturi  相关图书 装订：平装
印次：1-1 开本：16开
定价： ￥88.00　 折扣价：￥79.20
折扣：0.90 节省了8.8元 		字数： 685千字
出版社： 华东理工大学出版社 页数：
发行编号： 每包册数：
出版日期： 2009-08-01
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内容简介：
2005年我们曾翻译了由巴尔扎尼教授等撰写的第一版《分子器件与分子机器》（2003），直到2007年在上海召开的第一届国际分子机器与传感器大会上，第一版的中文译本都给国内相关领域特别是研究生们带来了研究激情和一股创新冲动，这是巴尔扎尼教授等没有想到的，也正是我们当时决定翻译出版中文版的理想。据出版社称，像这类专业著作能再版印刷在国内并不多见。正如作者在本书的第二版前言中所述，这几年国际上在分子器件与机器研究领域的发展日新月异，很有必要补充和更新相关内容。该书的三位作者于2007年5月在上海参加国际分子机器与传感器大会时不仅感受到中国年轻研究生对他们的崇拜，而且会议上所展示的信息也进一步促进了他们完成第二版的撰写。
2008年第二版出版，我们在尽可能早的时间里获得了该版的电子版，时正值我给本校研究生上学位课期间，这些最新的资料也就成为我上课内容的来源之一。应用化学及相关专业的年轻研究生今后的研究前途是什么？或者说对于站在十字路口的化学我们能够做些什么？超分子化学的未来又是什么？我不仅经常自问，也把这些问题带进课堂，希望那些没有思维束缚，进取而创新的年轻头脑与我们一同来解决这些困惑。在翻译巴尔扎尼教授等著的第二版的过程中，我们不仅细细品味着、体会着国际研究领域的先驱者们所获取的知识，也进一步开拓着我们的创新思维。正如Stoddart教授在Nature Chemistry（2009）中所述，纳米科技对于超分子化学工作者而言是个绝佳机会。我们必须勇敢面对功能导向和应用驱使的挑战，去设计复杂的集成系统。在这个系统里的一切过程，包括化学反应，都通过高度的相互联系以及一种“可交流”的方式而被编排，这样就像悦耳的节奏以交响乐的形式在不同的时空上和谐地表现出来。我们希望通过第二版的翻译，读者也能从中体会到一个全新时代即将来临。
像第一版翻译一样，我仍鼓励刚刚学到这些内容的研究生们与我们一起阅读和翻译。虽然这些前沿的内容对于初学者而言是那么的生涩和艰难，有些翻译稿甚至花去我许多精力去修改，但我相信是值得投入的，更相信这些经历对于参与翻译的研究生们是难为忘怀和值得纪念的，他们是孙如意、邬帅帆、张辉、寇欣欣、瞿三寅、丁煜宾、徐彬、王成有、靳家玉、黄战武、李文琴、孙春雨、应伟江、凌祥、王兵、吴永真、蒋林、周珏、朱金辉、邹志芹、左虎进、吴苹、石磊和刘珍珍。初稿由马骧博士整理翻译，我们一起定稿。限于水平有限，难免有误，欢迎指正。
最后，还要再次感谢原著作者意大利博洛尼亚大学的巴尔扎尼教授、克雷迪教授和文图里教授的各方面的支持与帮助。

作者简介：
 
章节目录：
第1章概述

11分子水平的器件和机器

12纳米科学与纳米技术

13超分子（多组分）化学

14“化大为小”的方法

15“积小为大”的方法

16“积小为大”分子的堆积

17自组装和共价合成的设计

18能量与信号

参考文献

第2章通过分子和超分子体系传递能量和信号

21概述

22分子电子学

23分子光子学

24分子离子学

25分子电子光子学

251溶液系统

252固态

26分子电子化学离子学

27分子光电子学

271均相系统中的光诱导电子转移

272非均相系统中光诱导的电荷的产生


28分子光化学离子学

281光子的释放或吸收

282金属离子的释放

283阴离子的释放

284分子的释放

285构型的变化


29分子化学光子学

210分子化学电子学


211多输入/过程

2111两种有序的化学输入和一个光输入产生的光发射

2112平行的两个电化学输入产生一个有序的化学和光子的过程

2113光输入产生并行和串行的过程

参考文献

第2部分用于处理电子和能量的分子器件

第3章光激发的电子和能量转移的基本原理

31分子和超分子光化学

311分子光化学

312超分子光化学

32电子传递

321Marcus理论

322量子力学理论

3221电子因子

3222核因子

3223光电子转移

33能量转移

331库仑机理

332交换机理

34桥基的作用

参考文献

第4章导线及相关体系

41概述


42导电率的测量方法


43电极上的电子转移过程

44基于光诱导电荷分离的线型体系

441概述

442双体、三体和更大的体系

443含有金属络合物的共价连接的体系

444包含卟啉的共价连接体系

445基于有机化合物的共价相连体系

446DNA及相关体系


45非均相的光诱导的电子转移

46能量传递

461含有金属络合物的共价连接体系

462包含卟啉的共价键合体系

463基于有机化合物的共价相连的体系

464DNA及其相关体系

参考文献

第5章分子开关中的电子转移和能量传递过程

51概述

52开关电子转移

521光输入

5211长寿命开关

5212快速和超快速开关

522氧化还原插入

523酸碱输入

524其他因素

53开关能量传递

531光输入

532氧化还原插入

533酸碱插入

534其他因素

参考文献

第6章光收集天线

61概述

62天然天线系统

63树枝状分子

631基于卟啉的阵列和树枝状分子

6311卟啉基阵列

6312树枝状分子

632含金属络合物的树枝状分子

6321金属络合物作为核的体系

6322金属络合物作为分支中心的体系

633基于有机发色团的树枝状分子

6331聚芳醚树枝状分子

6332苯乙炔树枝状分子

6333聚亚苯基和低聚（对亚苯基次亚乙烯基）树枝状分子

634主客体系统

6341主体有机分子系统

6342主体金属离子体系

64其他系统

641多发色团的环糊精

642酞菁

643方形金属超分子

644轮烷

645沸石

646聚电解质

647聚合物

648生物结构的自组装

参考文献

第7章太阳能转化

71简介

72自然界的光合成

721概述

722细菌的光合作用

723光合系统Ⅱ

73人工的光合作用

731概述

732氢经济

733水的光化学分解

734人工天线和反应中心组装单元的结合

7341简介

7342有机化合物和卟啉体系

7343金属络合物体系

735多电子氧化还原过程与单光子电荷分离过程的结合

7351概述

7352氧气释放中电子与质子转移

7353其他体系

736组装方案

7361概述


7362自组装

7363双层膜

74掺杂体系

741掺杂的光合反应中心

742光向质子驱动力的转换

743三磷酸腺苷（ATP）的光驱动产生

75通过光电化学电池将光能转换为电能

参考文献

第3部分存储器、逻辑门和相关体系

第8章双稳态和多稳态体系

81概述

82能量激发

821光子激发：光致变色体系

822电子激发：电致变色体系

83双稳态体系

831主客体相互作用模型

832荧光开关

833手性光开关

834光化学生物分子开关

835氧化还原开关

836其他体系

84多稳态体系

841双多光致变色超分子体系

842伴随其他刺激的光化学输入

8421三态体系：写-锁-读-解锁-擦除过程的循环

8422光化学电化学的联合刺激

8423光化学与（酸碱）联合刺激

843多电子氧化还原过程

8431具有相同氧化还原单体的体系

8432具有不同氧化还原单体的体系

844电化学输入与化学输入的联合使用

845多种化学输入

参考文献


第9章逻辑门和逻辑电路

91概述

911 基于电子学的信息处理

912生物学信息处理

913化学电脑

92逻辑门的基本概念

93 作为逻辑门的分子开关

931输入/输出信号

932重新组合、叠加及综合

94基础逻辑门

941YES和NOT门

942OR和NOR门

943AND和NAND门

944XOR和XNOR门

945INH门

95组合逻辑电路

951EnOR和EnNOR

952其他功能

953分子开关之间的信号交流

954半加法器和半减法器

955全加法器和全减法器

9562to1分子数字多路器

96时序逻辑电路

961分子存储器

962分子键盘锁

97神经中枢型体系

971本征阈值机制控制下的XOR逻辑体系

972感知器型电路

98生物逻辑器件

99非均相体系

910分子逻辑的应用

911结论

参考文献

第4部分分子水平上的器件、机器、马达

第10章基本原理

101概述

102生物分子机器及布朗运动

103人造系统

1031术语和定义

1032机械装置

1033机器

1034马达

104能量供应

1041化学能

1042光能

1043电化学能

105其他特征

1051运动的类型

1052控制与监测

1053复原

1054时标

1055功能

参考文献

第11章自发的类机械运动

111概述

112转子

113钝齿轮

114齿轮

115叶轮

116十字转门

117闸

118棘轮

119陀螺烷与罗盘

1110其他运动

参考文献

第12章与开关及换位相关的运动

121概述

122变构运动

1221变构酶

1222人工变构体系

123镊子和叉子

1231镊子

1232叉子及相关体系

124主客体体系的控制组装与分解

1241引言

1242光诱导的过程

1243氧化还原诱导的过程

1244化学诱导过程

125分子锁

126金属离子的移位

1261氧化还原驱动的过程

1262酸碱驱动的过程

127离子通道

1271自然界中的离子通道

1272天然质子泵

1273人造离子通道

12731概述

12732天然通道模型的修饰

12733基于生物聚合物的离子通道

12734合成的离子通道模型

参考文献

第13章DNA纳米机器

131引言

132DNA的重要性能

1321单链与双链 DNA的结构与性质

1322DNA多组分纳米结构的构造

1323DNA纳米机器的表征方法

133简单的构象转变

1331缠绕机

1332镊子

1333其他体系

134步行机以及相关的体系

135旋转器件

136应用

参考文献

第14章线性运动

141概述

142天然线性马达

143穿梭脱梭运动

1431概述

1432化学驱动的运动

14321基于金属配体键的系统

14322基于氢键和静电相互作用的系统

14323基于给体受体相互作用的系统

1433电化学驱动的运动

1434光化学驱动的运动

144轮烷的线性运动

1441概述

1442化学驱动的运动

14421基于金属络合物的轮烷

14422基于氢键和给体受体相互作用的轮烷

14423基于葫芦脲的轮烷

14424基于环糊精的轮烷

14425其他体系

1443电化学驱动的运动

1444光化学驱动的运动

14441基于金属络合物的轮烷

14442基于光致异构化反应的体系

14443基于光诱导的电子转移的系统

1445允许/阻止环运动

参考文献

第15章旋转运动

151概述

152天然旋转马达

153杂化旋转马达

154人造系统中的旋转运动

1541化学驱动过程

15411围绕碳碳单键的旋转

15412轮烷和索烃中的环转换过程

15413夹心型化合物中围绕金属离子旋转的控制

1542电化学驱动过程

15421轮烷中的环转换过程

15422索烃中的环转换过程

15423夹心型化合物中围绕金属离子旋转的控制

1543光化学驱动过程

15431围绕碳碳双键的定向旋转

15432锁烃的环开关过程

15433索烃的单向环旋转

参考文献

第16章从溶液到非均相体系

161概述

162表面上的旋转马达

163分子阀

164分子肌肉

165STM驱使的分子运动

166掺杂的生物纳米器件

167驱动的微米级物体

168改变表面性能

169表面上的线性和互锁式化合物

1610固态器件中的互锁化合物

参考文献

第5部分科学和社会

第17章我们这个时代的科学地位

171概述

172科学永无止境

173一个脆弱的世界

174一种不可持续的增长

175一个不平等的世界

176科学家的角色

177结论

参考文献

附录

术语表

缩略语
精彩片段：
11分子水平的器件和机器

器件是为了一个特定的目的而发明并组装出来的东西［1］，而机器，无论是简单的还是复杂的，都是利用、转换、施加或传输能量的机械装置的组合［1］。人类文明的进步通常与新型器件和机器的建造有着紧密的联系。
基于对器件与机器使用目的的不同，器件与机器可以非常大也可以非常小。在过去的五十年中，已有许多不同的新的器件和机器被用来采集、处理、显示和存储信息。信息技术的突出发展与用来建造这类器件和机器的结构逐步微型化密切相关。第一台电子计算机由18000个电子管组成，重达30吨，其体积占据了整个一间屋子，每次修理平均要花费56个小时［2］。而现今技术最好的微处理器包含超过五千万个晶体管［3］，将来其数量还会增加［4］。或许人们会有这样的疑问，我们是否确实需要不断制造更小的东西。其答案是未来的微型化不仅是使计算机的尺寸减小，能力提高，而且希望开拓新的能引起医药革命、生产许多以提供新型能源的新材料，以及解决环境污染问题等技术领域的新途径［59］。
通常来讲，器件和机器是设计出来用以实现某一特定功能的元件的组装体。组装体的每一个元件都有特定的功用，而整个组装体作为一个特定的器件或机器则有着更为复杂和有用的功能。举例来说，一个电吹风（产生热风）的功能是由一个开关、一个加热器和一个电扇通过电线组装在一个合适的框架中共同表现出来的。一个宏观器件和机器的概念在某种简单的意义上可以被扩展到分子水平（图11）［10］。一个分子水平的器件可以被定义为由许多不连续的分子元件（比如一个超分子结构，见下页）组装起来用以体现某一特定功能的组装体。每个分子元件有着其特定的功能，而整个超分子组装体由于各个不同分子元件的协作则表现出了一个更为复杂的功能。一个分子水平的机器则是一种特定类型的分子水平的器件，其中各个分子元件的相对位置可以因某些外界刺激而改变［1113］。分子水平的器件和机器的运作需经由电子和（或）核的重排，与宏观的器件和机器一样，它需要能量进行运转，用信号与操作者进行交流。器件和机器的概念扩展到分子水平是很有意义的，这不仅是因为它是基础性的研究，而且对纳米科学和技术的发展也是很有意义的。

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