智能新型功能材料读书报告 分子自组装技术研究分析进展.docVIP

分子自组装技术的研究进展 摘要：分子自组装在生物工程、分子器件、以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年里，分子自组装装作为一种技术手段将会在新技术领域产生重大的影响。本文介绍了分子自组装技术的基本原理、影响因素以及目前的研究进展，最后展望了自组装技术的前景。 关键词：分子自组装；应用 Advances in Molecule Self-assembly TechnologyLijuan Liu, 030090927 East China University of Science and Technology, Chemical Engineering Institute Abstract: Molecule self-assembly technology has been widely applied in biotechnology, molecular device, and nanotechnology. As a fabrication tool, molecular self-assembly technology will become tremendously important in the coming decades. In this article, mechanism, influence factors and some research advances of molecule self-assembly technology are reviewed. At the end, we prospect the future of this technology. Keywords: Molecule self-assembly; application 自组装[1]（self-assembly，简称SA）是组分自主构筑成团或结构物的过程，自组装过程能使无序状态转变成有序状态。自组装技术主要分为定向自组装(Directed self-assembly)和分子自组装(Molecular self-assembly)。 分子自组装是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料，特别是现在正在得到广泛关注的自组装材料在非线性光学器件、化学生物传感器[2]、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景，受到研究者广泛的重视和研究。本文下面对分子自组装技术及研究进展进行综述。 1 分子自组装技术 分子自组装是指在热力学平衡条件下，分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间利用分子识别，相互通过分子间大量弱的非共价键作用力，自发连接成具有特定排列顺序、结构稳定的分子聚集体的过程。这里的“弱非共价键作用力”系指氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、π-π堆积作用、阳离子-π吸附作用等。并不是所有的分子都能够发生自组装过程，它的产生需要两个条件：自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子问的弱相互作用力的协同作用，它为分子自组装提供能量，维持自组装体系的结构稳定性和完整性，是发生自组装的关键；自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性，也就是说要使分子自组装发生，就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排的要求。 一般而言，营造分子自组装体系主要划分3个层次：第一，通过有序的共价键，首先结合成结构复杂的完整中间分子体；第二，由中间分子体通过弱的氢键、范德华力及其它非共价键的协同作用，形成结构稳定的大的分子聚集体；第三，由一个或几个分子聚集体作为结构单元，多次重复自组织排列成有序分子组装体。 分子自组装技术主要有物理方法和化学方法。 1.1 化学方法 早在1964年已有人提出基于化学吸附的自组装设想，但1985年才付诸实践。其原理是将附有某表面物质的基片浸入到待组装分子的溶液或气氛中，待组装分子一端的反应基与基片表面发生自动连续化学反应。在基片表面形成化学键连接的二维有序单层膜，同层内分子间作用力仍为范德华力（如图1）。若单层膜表面具有某种反应活性的活性基，再与其它物质反应，如此重复构成同质或异质的多层膜。其主要用于以图形化自组装为模板的纳米结构制备技术，结合光辐射、微接触印刷、等离子体刻蚀等方法获得了广泛应用。 Cheng等[3]研究用化学模板法从下往上合成嵌段共聚物。Sun等[4]在两水相界面上通过自组装合成膜，一个包含聚合物，另一个包含带有相反电荷的自组装小分子，结果显示小分子能在膜成长过程中有序排列。刘璐等[5]应用自组装膜吸附钯的活化方法，在SiO2/Si平面基板表