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纳米结构组装体系 主讲教师：冯红彬 材料科学与光电技术学院 中国科学院大学 思考？ NaCl 晶体 把阴、阳 离子换成纳 米单元会怎 样？ 离子液体 生物系统的自组装 蛋白质的合成 细胞膜的结构 细胞设计图 什么是纳米结构？ 纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础， 按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一 维、二维、三维体系，这些物质单元包括纳米微 粒、稳定的团簇或量子点、纳米管、纳米棒、纳 米线、纳米片以及纳米尺寸的孔洞等。 纳米结构组装体系的划分： 根据纳米结构组装体系构筑过程中的驱动力是靠外因 还是靠内因，大致可分为两类：一是人工纳米结构组装 体系；二是纳米结构自组装和分子自组装。 按组装的对象来分：零维纳米粒子的组装，一维纳米 材料的组装，二维纳米片的组装及多种对象的组装。 所谓人工纳米结构组装体系是指按人类的意志，利用物理 和化学的方法人为地将纳米尺度的物质单元组装、排列构 成一维、二维和三维的纳米体系。包括纳米有序阵列体系 和多孔复合体系。 单电子晶体管、超微型的开关、可调谐发光二极管、量子 点磁开关 纳米结构的自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共 价键，如氢键、范德华力和弱的离子键协同作用把原子、 离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的 花样。 纳米结构的自组装体系的形成有两个重要条件:一是有足够 数量的非共价键或氢键存在，这是因为这些键都比较弱， 只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用构筑成稳定的 纳米结构体系；二是自组装体系能量较低，否则很难形成 稳定的自组装体系。 为什么要研究纳米组装结构？ 1）从应用研究来说，纳米材料的宏观组装是纳米材料走 向实用化的关键。纳米结构的器件化研究是纳米材料研究 的前沿。 2 ）从基础研究来说，纳米结构可以把纳米材料基本单元 分离开来，使研究单个纳米单元的行为特性以及它们之间 的耦合效应和协同作用成为可能。 Langmuir-Blodgget (LB)膜技术 LB膜技术是一种构建有机有序超薄分 子膜的技术。用特殊的装置将不溶物 膜按一定的排列方式转移到固体支持 体上组成的单分子层或多分子层膜。 该膜最早由朗缪尔和布劳杰特提出而 得名，是利用langmuir-blodgett技术制 备的超薄膜。LB膜的研究提供了在分 子水平上依照一定要求控制分子排布 的方式和手段，对研制新型电子器件 及仿生元件等有广泛的应用前景。在 微电子技术中可应用它生产高性能的 集成电路器件。 将LB膜技术用于纳米材料的组装 Au NPs BaCrO4 nanorods Langmuir–Blodgett assembly: (left to right) dots, rods Science 277, 1978–1981 (1997). J. Am. Chem. Soc. 123, 4360–4361 (2001). 层层自组装 层层自组装（layer-by-layer self-assembly，LBL）是上世纪90 年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法。 LBL最初利用带电基板（substrate ）在带相反电荷中的交替沉 积制备聚电解质自组装多层膜（pol