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本书聚焦纳米技术这一跨学科领域，系统梳理了纳米技术的基础理论、核心技术、应用场景及未来挑战，旨在为物理学、化学、生物学、工程学等领域的学生、教师及研究人员提供全面且易懂的纳米技术知识框架。
在内容结构上，全书共 10 章主体内容及 3 个附录，逻辑清晰且层层递进。开篇第一章 “纳米技术革命”，以历史视角切入，追溯纳米技术的发展脉络，从理查德・费曼 1959 年提出 “底部有足够空间” 的设想，到 1981 年扫描隧道显微镜（STM）的发明，再到富勒烯、碳纳米管的发现，展现了纳米技术从理论构想走向现实的关键节点。同时，本章还深入分析了从微电子到纳米电子的演进，探讨了摩尔定律的发展趋势与物理极限，通过对比宏观与纳米尺度下物理现象的差异，引出尺度定律，详细阐述了力学、流体力学、电磁学、热力学、光学等领域在纳米尺度下的特殊规律，例如在纳米尺度下，重力作用可忽略不计，而范德华力、表面张力等作用占据主导地位，并列举了纳米技术在电子、生物技术、生物医药、航天、可持续发展等领域的潜在应用，结合数据预测 2010-2015 年全球纳米技术市场规模，凸显其经济价值。
第二章 “原子结构与内聚力” 围绕纳米颗粒的原子排列展开，指出纳米颗粒处于固体与分子的中间状态，表面原子数量占比显著，进而影响其物理化学性质。本章先介绍了固体表面的基本概念，如表面张力、晶体形状（通过 Wulff 构造法确定）、接触角（杨氏方程）、薄膜生长机制（Volmer–Weber 岛状生长、Frank–Van der Merwe 层状生长、Stranski–Krastanov 过渡生长）及黏附现象（范德华力、卡西米尔效应），再从热力学角度分析纳米颗粒的能量、熔化温度（球形与非球形纳米颗粒熔化温度随尺寸变化规律）、相图（尺寸、表面偏析、应力对相图的影响）及稳定性，最后通过 “自下而上” 的视角，探讨从原子到纳米颗粒的形成过程，包括原子团簇、纳米颗粒、幻数、富勒烯、碳纳米管（结构、填充、几何形状）等内容，揭示了纳米颗粒原子结构与内聚力的内在关联。
第三章 “纳米系统的电子结构” 聚焦纳米系统独特的电子特性。先回顾电子在物质中的基本行为，包括一维势阱、球形势阱、氢原子、周期性势场中的电子运动，以及电子、空穴、激子的概念，随后分析从三维到零维系统（量子阱、量子线、量子点）的电子态密度变化，重点探讨从固体到纳米颗粒的电子结构演变，区分弱限制和强限制两种情况，阐述其对光学、电学性质的影响，如金属纳米颗粒的光学特性由传导电子的集体激发主导，纳米颗粒的电学性质涉及库仑阻塞、电导率量子化等现象，为理解纳米材料的电子相关应用奠定理论基础。
第四章 “分子电子学” 探讨以分子为基础的电子器件研发。介绍了分子导线（机械结、高分辨率显微镜的贡献、分子电流传输、库仑阻塞）、分子整流器（基于电子给体 - 受体结构的整流机制）、分子晶体管（以碳纳米管为代表的分子晶体管结构与工作原理）、分子共振隧穿二极管（负微分电阻特性及应用潜力）、分子存储器（基于轮烷分子的存储机制）等器件，分析了分子电子学的优势，如分子特性可通过分子工程调控、分子具有自组装能力、尺寸远小于传统电子元件，但也指出了当前面临的挑战，如分子与电极的连接、器件稳定性、大规模集成等问题，展望了分子计算机的发展前景与方向。
第五章 “神经电子学” 跨界融合电子学与生物学，介绍神经电子学的核心内容。首先阐述电子学与生物学的结合点，包括神经元与晶体管的通信（神经元动作电位对晶体管的影响及晶体管对神经元的调控）、神经元对集成电路的控制（通过生化法、拓扑法实现神经元在集成电路上的定位生长）、两个神经元间的电子电路连接（构建神经元 - 集成电路 - 神经元通信系统），展现了神经电子学在生物传感器、脑科学研究、神经修复等领域的应用潜力。此外，本章还介绍了基于 DNA 双螺旋的计算机概念，探讨了利用 DNA 的互补配对原则解决 “旅行商问题” 等复杂计算问题的方法，分析了 DNA 计算机的优势（并行计算能力强、存储密度高）与挑战（错误率高、结果读取复杂）。
第六章 “塑料电子学” 聚焦共轭聚合物这一特殊材料的电子特性及应用。先介绍共轭聚合物的共轭结构与导电原理，通过化学掺杂可使共轭聚合物的电导率大幅提升，接近金属水平。随后深入分析共轭聚合物的电子结构与电子 - 声子耦合，阐述了极化子、双极化子的形成及其对材料电学、光学性质的影响，探讨了电荷传输机制（能带模型、跳跃模型），并详细介绍了塑料电子学的应用，包括有机发光二极管（OLED，结构、发光机制、优势如低电压驱动、柔性显示）、光伏传感器与有机太阳能电池（光吸收、电荷分离、器件结构与效率）、有机晶体管与塑料集成电路（场效应晶体管结构、性能参数、集成应用）、聚合物基生化传感器（光学 transduction、电学 transduction 机制及在化学、生物检测中的应用），展现了塑料电子学在显示、能源、传感等领域的巨大潜力。
第七章 “纳米结构的制备” 系统介绍了纳米结构的制备方法与技术。首先分析了纳米结构制备面临的挑战，如精确控制原子位置、克服外界干扰等，随后阐述了超分子化学在纳米结构制备中的作用，利用分子间相互作用实现分子自组装，形成有序纳米结构。介绍了半导体纳米带的制备与特性，以及多种纳米结构制备技术，包括利用天然结构化表面（如石墨表面引导分子自组装）、纳米光刻（电子束光刻、X 射线光刻、极紫外光刻）、微接触印刷（基于弹性印章的图案转移）、喷墨印刷（精准沉积纳米材料）、图形化（利用液体的浸润与去浸润现象形成纳米结构）、混合技术（毛细管微模塑、溶剂辅助微模塑）、局部探针显微镜写入（STM、AFM、近场光学显微镜的局部修饰技术）等，还介绍了 IBM “千足虫”（Millipede）存储器件等基于纳米制备技术的创新应用，最后展望了分子电路的设计与发展方向，强调跨学科合作的重要性。
第八章 “基于有机基质的纳米复合材料” 探讨了有机基质与纳米颗粒复合形成的新型材料。先根据纳米颗粒的维度对其分类，包括三维纳米颗粒（如金属纳米颗粒、富勒烯）、二维纳米颗粒（如纳米管、纳米线）、一维纳米颗粒（如纳米层），重点介绍了蒙脱石等层状纳米材料的结构与特性。随后详细阐述了纳米复合材料的制备方法，包括纳米颗粒在预制聚合物基质中的分散（溶液分散、熔融分散）、在纳米颗粒存在下的基质合成（原位聚合）、在有机基质中制备纳米颗粒（如在聚合物中还原金属盐形成纳米颗粒），分析了纳米复合材料的形态表征技术（透射电子显微镜、X 射线衍射）及性能，如力学性能（增强刚性、韧性）、流体阻隔性能（减少气体、液体渗透）、阻燃性能（形成保护层、抑制热氧化）等，列举了纳米复合材料的应用，如尼龙 - 6 / 蒙脱石纳米复合材料用于食品保鲜膜、乙烯 - 乙酸乙烯酯共聚物 / 蒙脱石纳米复合材料用于电缆护套，展望了其在航空航天、汽车、包装等领域的应用前景。
第九章 “纳米磁学” 聚焦磁性纳米材料的特性与应用。先介绍物质的磁性类型，包括抗磁性、顺磁性、铁磁性（魏斯畴结构）、超顺磁性、反铁磁性，阐述了不同磁性的起源与特征。随后详细介绍了超顺磁性胶体（铁氧体纳米颗粒）的性质、合成方法（共沉淀法、氧化法）、表面修饰（离子稳定、空间位阻稳定）及表征技术（磁测量、穆斯堡尔谱、核磁共振弥散谱、透射电子显微镜、光子相关光谱），探讨了纳米磁体在热疗中的应用，包括利用纳米磁体吸收射频波产生局部高温治疗肿瘤的原理，分析了纳米磁体的尺寸、弛豫时间对热疗效果的影响，介绍了生物磁性现象，如软体动物牙齿中的磁体（增强硬度）、趋磁细菌（利用磁小体感知地球磁场导航）、动物的磁导航（体内磁颗粒的作用）、铁蛋白（体内铁存储蛋白，具有超顺磁性），展现了纳米磁学在生物医药、生物传感等领域的应用价值。
第十章 “纳米技术展望” 从多维度分析纳米技术的发展现状与未来挑战。先梳理了纳米技术的产业现状，2004 年全球约 1500 家公司从事纳米技术研发，300 多家公司生产纳米材料，2006 年初已识别出 190 种基于纳米技术的产品，涵盖化妆品 / 医疗 / 食品、电子、空气净化 / 除臭 / 消毒、纺织、材料增强 / 表面处理等领域。随后探讨了纳米技术面临的健康与环境问题，如纳米颗粒的毒性（可能穿过细胞膜、类似石棉的潜在风险）、暴露途径与安全标准制定，分析了军事领域对纳米技术的关注（材料改进、电子设备微型化、士兵装备升级）及潜在风险（军备竞赛、条约挑战、信息封锁），讨论了媒体与伦理考量，如媒体对纳米技术的过度报道可能引发公众误解与担忧，介绍了 NBIC（纳米技术、生物技术、信息技术、认知科学）融合计划的愿景与挑战（跨学科合作、语言统一、理解生命复杂性），最后强调了教育的重要性，指出培养足够的纳米技术人才是推动领域发展的关键。
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