纳米材料自组装合成技术研究进展.pdfVIP

维普资讯 第3l卷第5期 江 苏化 工 V0I．3lNo．5 2003年 lO月 JiangsuChemicalIndustry Oct．20o3 专迢娩；：纳米材料应用) 纳米材料 自组装合成技术研究进展 张登松，施利毅，方建慧，潘庆谊 (上海大学理学院，上海 2(}0436) 摘要 ：简要介绍了制备纳米材料的自组装技术的基本原理，概述了自组装合成方法，并对 3种典型的自组装法的特 点和研究现状进行了评述。 关键词 ：自组装；纳米材料；合成方法 ；述评 中图分类号：TB383 文献标识码 ：A 文章编号：1002一ll16{2003)05一OOO4—03 装正迅速地成为指导超分子结构形成的一种最完善 0 引言 的操作方法，是 目前纳米材料研究领域最热门的话 所谓 自组装，一般是指原子在底物上 自发地排 题之一。 列成一维、二维甚至三维有序的空间结构。由于低 l 自组装的基本原理 维 (一维或二维)结构材料的物理 、化学性能与体材 料有明显的不同，它们与低维材料的大小和形状密 自组装的主要原理是分子间力的协同作用和空 切相关。尤其当有至少一维尺寸位于纳米范围内 间互补，如静电吸引、氢键 、疏水性缔合等。自然界 时，将会有许多奇特有趣的性能出现。如体材料为 中存在着形形色色的热力学 自组装现象，自由能的 非磁性物质，其纳米结构可能会出现磁性 ；体材料是 最小化是隐藏在其背后的支配原则。而 由DNA双 惰性的金属 (如金等)，其纳米结构可能是非常好的 螺旋结构编码的蛋 白质、糖缀合物及其复杂衍生物 催化剂。而通过这种 自组装技术形成的有序结构的 构成了另一类更加深奥的编码 自组装 ]，模拟这类 纳米材料，具有许多独特的电子和光学性能 ，已引起 自组装的机制和条件是仿生化学的主要 目标 ，其机 人们的广泛重视。近年来，一些具有特殊结构的共 理亦可用于指导非生命科学的类比研究。自组装过 聚物 自组装形成有序的结构，如球状 、管状、螺旋状、 程的关键是界面分子识别，其驱动力包括氢键、范德 层状、盘状、微孔等被广泛地进行研究¨J，这些有 华力 、静电力 、官能团的电子效应 、立体效应和长程 序结构的形成主要靠基团的特殊相互作用 ，如疏水 作用等。 作用 、丌堆砌作用 、氢键 、范德华作用等。研究发现 氢键 、静 电力和配位化学键是3种基本的分子 利用两段不相容的嵌段共聚物在受限的空间或基体 识别方式。其中以氢键最为常见，其强度介于化学 界面的微相分离 ，可以形成洋葱、大蒜 、哑铃 、棋盘、 共价键和范德华力之间。尽管单键强度与化学键相 花朵、刷子、小丘等有序图案¨。J。另外，无机纳米 比是十分微弱的，但其确定的方向性以及 由弱力结 粒子也可在表面活性物质的作用下 自组装形成纳米 合导致的可松弛性正是化学键所无法比拟的。超分 有序聚集结构。人们在研究的过程中，还发现外场 子 自组装往往能够依靠整体配合形成足够强大的内 如力场 (剪切力、毛细管力)、电场 、磁场、声场等作 聚力，比如范德华力 (长程力)具有加和性 ，适当增加 用能诱导纳米有序结构的自组装行为 J。人们正 作用点密度就能很可观地提高系统的稳定性。另 逐渐用这些 自组装形成的有序纳米结构，以产生某 外，正负离子间的静电力也是一种强的识别原动力， 些方面的特殊功能。现在，在材料和器械方