納米材料自組裝技術演示文稿

納米材料自組裝技術演示文稿目前一頁\總數二十八頁\編于十九點（優(yōu)選）納米材料自組裝技術目前二頁\總數二十八頁\編于十九點自組裝法自組裝過程一旦開始，將自動進行到某個預期終點，分子等結構單元將自動排列成有序的圖形，即使是形成復雜的功能體系也不需要外力的作用。自組裝過程并不是大量原子、離子、分子之間弱作用力的簡單疊加，而是若干個體之間同時自發(fā)的發(fā)生關聯并集合在一起形成一個緊密而又有序的整體，是一種整體的復雜的協(xié)同作用。目前三頁\總數二十八頁\編于十九點自組裝的特點自組裝材料的多樣性——通過自組裝可以形成單分子層、膜、囊泡、膠束、微管、小棒及更復雜的有機/金屬、有機/無機、生物/非生物的復合物等可以廣泛應用在光電子、生物制藥、化工等領域目前四頁\總數二十八頁\編于十九點自組裝過程中分子在界面的識別至關重要自組裝能否實現取決于基本結構單元的特性，如表面形貌、形狀、表面功能團和表面電勢等，組裝完成后最終的結構具有最低的自由能。

內部驅動力是實現自組裝的關鍵可包括范德華力、氫鍵、靜電力等只能作用于分子水平的非共價鍵力和那些能作用于較大尺寸范圍內的力，如表面張力、毛細管力等。目前五頁\總數二十八頁\編于十九點分子自組裝所謂分子自組裝即利用分子間短程作用力將單個分子自組裝為納米或微米尺度的有序結構。研究者們一直期望能夠像操縱分子那樣操縱納米結構單元。通過自組裝技術，以納米材料為單元，能有效地構筑納米或微米尺度上的有序結構。即，在沒有外界干擾的情況下，通過非共價鍵能將納米結構單元自組裝為多級有序結構。目前六頁\總數二十八頁\編于十九點納米粒子的自組裝納米粒子所具有的優(yōu)異性質可以通過簡單的操縱或調節(jié)其尺度和幾何外觀來得到調節(jié)。因此,功能性納米粒子的可控分級有序自組裝是目前乃至將來很長一段時間里納米科技發(fā)展的重要方向。將納米粒子自組裝為一維、二維或三維有序結構后可以獲得新穎的整體協(xié)同特性,并且可以通過控制納米粒子間的相互作用來調節(jié)它們的性質。

目前七頁\總數二十八頁\編于十九點納米粒子的自組裝化學修飾是實現納米粒子自組裝的一個十分重要的前提。包覆在外層的有機分子同時扮演了穩(wěn)定納米粒子和提供了納米粒子間相互作用的雙重角色。通過這些有機分子之間的相互作用，納米粒子很容易被化學組裝成為具有新結構的聚集體。目前八頁\總數二十八頁\編于十九點單分子層薄膜修飾的無機納米粒子的自組裝以單分子層薄膜穩(wěn)定的膠體納米粒子（金屬、非金屬）是用來自組裝制備各種分級有序結構的理想研究對象。這些納米粒子本身具有光學、電學和磁學的特殊性質，而表面單分子層則提供和限制了粒子與周圍環(huán)境間的作用方式。通過這些表面分子之間的的相互作用，可以有效的實現對納米粒子的自組裝。目前九頁\總數二十八頁\編于十九點單分子層薄膜修飾的無機納米粒子的自組裝如，單分子層保護的納米粒子在一定條件可以在基底上通過體系溶劑的揮發(fā)或者在水/空氣界面通過Langmuir-Blodgett技術自組裝形成高度有序的二維/三維超晶格。最典型的代表是在金或銀納米粒子的表面用硫醇進行單分子層的修飾，通過硫醇分子間氫鍵來誘導自組裝。目前十頁\總數二十八頁\編于十九點最典型的代表是在金或銀納米粒子的表面用硫醇進行單分子層的修飾，通過硫醇分子間氫鍵來誘導自組裝。

例子：以四齒硫醚小分子化合物修飾的金納米粒子自組裝為球狀聚集體Fig.SchematicillustrationsfortheTTE-mediatedassemblingofTOA-Aunmparticlesintoasphericalassembly,andtheThiol-initiateddisassemblingprocess目前十一頁\總數二十八頁\編于十九點例子：基于π-π相互作用而自組裝形成的磁性Fe3O4

納米粒子Fig.2(a)TEMimageofself-assembledmicrospherespreparedbydroppingtheas-preparedTTP-COOH-coatedFe3O4solution(b)Structuremodelproposedfortheself-assemblyprocessofindividualnanoparticlestoformmicrospheresthroughπ-πinteractions目前十二頁\總數二十八頁\編于十九點例子：二元納米粒子自組裝為超晶格結構TEMimageofthecharacteristicprojectionsofthebinarysuperlattices,self-assembledfromdifferentnanoparticles,andmodeledunitcellsofthecorrespondingthree-dimensionalstructures目前十三頁\總數二十八頁\編于十九點大分子修飾的無機納米粒子的自組裝在一個小的外場刺激下，高分子體系會產生相對大的響應。因此設計和選擇適當的有機高分子可以很好的導向無機納米粒子，從而實現結構可控的自組裝。美國Russell研究小組設計了一些列具有氫鍵識別功能的大分子，實現了納米粒子在兩種不相容液體界面的自組裝。在流體的界面，納米粒子會快速運動，并很快達到組裝的平衡態(tài)。目前十四頁\總數二十八頁\編于十九點例子：在水/甲苯界面Fe3O4

納米粒子自組裝Fig.(a)Schematicillustrationofprocessesofpreparingcolloidosomesbasedonself-assemblyofFe3O4NPs(goldendots)atinterfacesoftoluene

andwater,(b)confocalmicroscopyimageofcolloidosomes,water-in-toluenedropletsstabilizedwith8nmFe3O4NPs目前十五頁\總數二十八頁\編于十九點例子：胸腺嘧啶修飾的金納米粒子的自組裝Fig.Proposedmechanismfortheaggregationofpolymer1-Thy-Au目前十六頁\總數二十八頁\編于十九點沒有化學修飾的無機納米粒子的自組裝將沒有任何修飾的納米粒子進行自組裝是非常困難的，因為粒子之間往往會產生團聚現象，在溶液中穩(wěn)定分散這些納米粒子非常困難。利用回流技術通過分散在溶液中的ZnO納米粒子之間晶面的共享成功將其自組裝為一維的納米棒狀結構。利用乙醇將檸檬酸穩(wěn)定的金納米粒子拉到分散在水中的庚烷微液滴的表面，成功自組裝成為密堆積的單層膜。目前十七頁\總數二十八頁\編于十九點一維納米材料的自組裝一維納米材料表現出許多優(yōu)異而獨特的性質，比如超強的機械強度、更高的發(fā)光效率、增強的熱電性能等。將一維納米材料組裝為具有特定幾何形貌的聚集體，或將進行限域生長和實現其特定的取向會給一維納米材料帶來嶄新的整體協(xié)同效應。但由于一維納米材料的各向異性，對其進行直接組裝時比較困難的。目前十八頁\總數二十八頁\編于十九點表面張力及毛細管力誘導的一維納米材料的自組裝在液體的表面或體相中，通過表面張力或者毛細管力的作用，可以將一維納米材料自發(fā)地組裝為微米尺度的有序結構。科學家利用簡單的LB技術，將雜亂分散在液體表面的一維納米材料（比如BaCrO4納米棒,Ag納米線)組裝為具有規(guī)則取向的納米線陣列。這一技術模仿了自然界運送伐木時的情形。目前十九頁\總數二十八頁\編于十九點例子：利用LB膜技術對溶液界面上的一維材料的自組裝Fig.6Scanningelectronmicroscopyimages(atdifferentmagnifications)ofthesilvernanowiremonolayerdepositedonasiliconwafer目前二十頁\總數二十八頁\編于十九點例子：水滴鋪展法自組裝硅納米線陣列Fig.8Self-assemblyofsiliconnanorodintomicro-patternsviawaterspreadingmethod,theresultedmorphologydependsontheposition,i.e.,thedistancefromthecenterofwaterdrop目前二十一頁\總數二十八頁\編于十九點模板誘導一維納米材料的自組裝模板誘導自組裝是得到理想結構一種十分有效的方法。例如，單壁碳納米管在氧化硅凝膠表面進行的自組裝。(a)Self-AssemblingProcesses,(b)SEMimagetakenafterthefirstcycleadsorptionofSWNTsusingamine-functionalizedsilicaspheres目前二十二頁\總數二十八頁\編于十九點Template-DirectedAssembly目前二十三頁\總數二十八頁\編于十九點UsingtemplatesTemplate-directedcolloidalself-assemblyJ.Mater.Chem.,2004,14,459–468

目前二十四頁\總數二十八頁\編于十九點靜電力誘導的一維納米材料的自組裝例子：靜電作用力誘導的自組裝氧化鋅納米棒為花狀結構Self-assemblyofZnOnanorodintoflowerlikestructureviaelectrostaticinteractions,aswelltheflowerlikeZnOnanotubesbecauseofaging目前二十五頁\總數二十八頁\編于十九點其他還有一類自組裝技術，即在一維納米材料生成的同時進行自組裝，最終得到穩(wěn)定的、具有規(guī)則外形的聚集體。目前二十六頁\總數二十八頁\編于十