南京工业大学材料表面与界面第三章+纳米粒子自聚焦与组装2分析.ppt

了解国内外有关化学材料研究动态；增加知识面，开阔眼界；培养和提高良好科学素养，提高认识客观规律和进行科学研究的能力. Keywords: Aggregation; organization; self-aggregation; self- organization; self-assembly 超微粒材料的表面积大 表面能大 活性高 颗粒之间作用强 容易聚集 容易失活等特点 因此，往往利用上述特点对超微粒材料开展的研究和应用。 Polyaniline/TiO2 Composite Nanotubes 纳米颗粒的容易聚集特性作为基本单元构建以下材料形成了当今纳米科技的主旋律： 一维：纳米粗细尺寸的棒、碳管、线? 二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、 多层膜、超晶格对应称为：量子点、量子线、量子阱 三维：纳米尺寸晶粒的三维块材料 copper nanocrystals ZnO A7 phage–ZnS nanocrystals 自组装：通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华键和弱的离子键协同作用把原子、离子、分子或团族连接在一起构筑成一个有序纳米结构或有序纳米结构的花样。 纳米结构的自组装体系的形成有两个重要的条件: 有足够数量的非共价键或氢键存在，这是因为氢键和范德华力等非共价键(2—4kJ／mol )很弱，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; 自组装体系能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系。分子自组装指分子与分子在平衡条件下，依赖分子间非共价键力自发地结合成稳定的分子聚集体(aggregate)的过程。 近年来，分子自组织技术被许多科技工作者用来合成纳米结构材料。纳米结构主要可以归纳如下。 第一，纳米棒， 第二，纳米管. 第三，单层膜 第四，多层膜. 第五 复杂三维有序结构 (1)胶体晶体法自组装有序纳米结构 胶体具有自组装的特性，而纳米团簇又很容易在溶剂中分散形成胶体溶液，因此， 将纳米团簇组装起来形成有规则的排列纳米结构材料. 自组装过程所需要的条件是： ①硬球排斥；②统一的粒径；③粒子间的范德华力；④体系逐渐的去稳定。 无机半导体纳米粒子：SiO2、TiO2、 GaN、 CdS等 有机纳米粒子：聚苯乙烯球等 自组装方法概述： 图 胶态晶体法组装得到的CdSe量子点超晶格的高分辨 电镜照片(图中量子点尺寸为4．8nm) (a)fcc排布的(101)面的图像及特征电子衍射图； (b)fcc排布的(100)面的图像及特征电子衍射图 Bawendi等人, 将包敷TOPO(三辛基氧膦)和TOP(三辛基膦)的CdSe纳米团簇，在一定压力和温度下溶解于辛烷与辛醇的混合溶剂中，然后降低压力使沸点较低的辛烷逐渐挥发，由于包敷TOPO和TOP的CdSe纳米团簇在辛醇中的溶解度较小就使得纳米团簇的胶态晶体从溶液中“析出”, 经高分辨电镜分析，这样组装得到的超晶格其有序排列范围可达数微米尺寸。 Figure Characterization of thin planar opal templates assembled directly on a Si wafer from 855-nm spheres. a, Cross-sectional SEM image. Assembling a thin layer of colloidal spheres on a silicon substrate Natural assembly of silicon photonic bandgap crystals Figure SEM images of planar Si photonic crystals. Cross-sectional SEM images are shown as a function of the thickness of the initial opal template for 2 (a), 4 (b), and 16 (c) layers. (2) 模板合成纳米材料 模板与纳米颗粒之间的识别组装成纳米材料 模板：固体基质、单层或多层膜、有机分子（表面活性剂）或生物分子等等。 与简单有机分子模板不同，组装过程不是通过模板与纳米团簇的识别，而是通过与纳米团簇结合的低聚核苷酸分子与模板间的分子识别而实现的。 生物分子模板法 此方法对在低聚核苷酸分子上引入一个巯基，通过金团簇与巯基的配位作用将低聚核苷酸分子结合到团簇上，再通过低