《第3节 液晶、纳米材料与超分子》精品课件.pptxVIP

;知识回顾;固态、液态、气态是物质三种最常见的聚集状态。对于固态物质来说，不管是晶体还是非晶体，物质中原子或分子相距都很近，它们只能在一定的位置上做不同程度的振动。液态物质的分子间距离比固态中的大，分子间作用力相对小，分子运动的自由度有所增加，表现出明显的流动性。至于气态物质，分子间距离显著变大，分子运动速度明显加快，体系处于高度无序状态。除了固态（包含晶体和非晶体）、液态、气态外，你或许还听说过液晶、纳米材料、超分子等物质的聚集状态，从它们的名称中，你能想象出它们有什么特点吗?;一.液晶;液晶的发现最早可追溯到奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）在1888年的工作。他在研究胆甾醇苯甲酸酯的性质时观察到一个奇妙的现象∶该物质在145.5℃时呈现不透明的浑浊状态，继续加热到178.5℃时才变成透明清亮的液体;将这种液体慢慢冷却，先出现蓝紫色，不久这种蓝紫色便自行消失，再呈现浑浊状，又出现蓝紫色，最后固化为白色晶体。1889年，德国物理学家莱曼（O.Lehmann）使用他自己设计的偏光显微镜对胆甾醇的酯类化合物进行了研究，发现这类浑浊状态的物质外观上虽然呈液态，但在不同方向上对光的折射率不同，即显示出各向异性晶体所特有的双折射性。于是，莱曼将其命名为液态晶体，这就是液晶名称的由来。;液晶性质及用途：;纳米材料具有某些与传统材料明显不同的特征，如纳米陶瓷可以具有像金属一样的柔韧性，碳纳米管的强度远超过钢，纳米金居然可以溶于水……为什么纳米材料具有如此神奇的功能?;二.纳米材料;纳米材料中的明星;纳米材料中的明星;金属及其化合物在不同的纯在形态下具有不同的性质。优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就成了绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现为黑色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。

金是一种具有悠久历史而又不断焕发青春的金属，金的熔点为1064℃，但2nm尺寸金的熔点仅为327℃左右。将纳米金分散在水或其他溶剂中可以得到胶体金，为了防止胶体金中纳米颗粒聚集，通常会添加某些黏附???纳米颗粒表面的稳定剂。早在1857年，英国科学家法拉第（M.Faraday）就曾将胶状的金分散在液相中，得到了红宝石色的纳米金【图（a）】。而不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现出不同的颜色【图（b）】。纳米金颗粒由于可以与硫化氢在弱碱性环境中结合而呈现稳定的红色，故可用于现场检测空气中是否存在硫化氢;纳米金还可以与蛋白质结合，作为快速的免疫检测方法;此外，纳米金在肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等方面也都具有重要应用价值。

磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子（如Fe3O4、Fe2O3等）的超稳定悬浮液，它可以像液体一样流动，在外加磁场作用时又会表现出磁性。磁流体可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领域。;纳米材料的广泛应用促进了纳米技术的发展，而纳米技术的发展将会开创一个崭新的时代。例如，化学家已经合成出丰富多样的纳米机器，向化妆品中加入纳米颗粒可使化妆品具备防紫外线功能，在化纤布料中加入少量纳米颗粒可使化纤布料防静电，等等。;神器的纳米材料;2005年，卡斯尔曼（A．Castleman）团队发现某些特定大小的Al金属簇具有特殊的稳定性。随后，他们发现这些金属簇具有与某些原子相似的性质。例如，Al13簇具有与氯原子相似的电负性，Al13-簇在氧气氛围中呈现类似于稀有气体的化学惰性，Al14簇具有与碱土金属相似的性质。这种金属原子簇与原子性质间的对映关系，也被称为第三维周期律。

具有与某种原子相似性质的金属簇，被称为该原子的超原子，如Al13称为卤素超原子或超卤素，K3O称为碱金属超原子或超碱金属。一些超原子，如WC、ZrO，分别具有与贵金属原子Pt、Pd相近的性质，可作为重要化工生产催化剂的潜在廉价替代品。超原子概念已经开始用于指导新材料的设计，如(Al13K3O)6，由Al13和K3O形成的一个超原子分子。;微粒间相互作用都包括哪些类型?它们之间有什么相似和不同之处?这些不同的作用力对物质的性质又有怎样的影响?你能想象出分子间通过非共价键作用聚集在一起而表现出特殊的性质吗?;二.超分子;冠醚;一种分子梭的结构变化原理示意图;尽管超分子不是生命组织，但它在纯粹化学和生命秩序之间形成了过渡，架起认识生命现象、进行超分子仿生、合成超分子药物的桥梁。超分子化学在生命科学领域有着广泛的应用，超分子体系在生命体中扮演着举足轻重的角色。

以植物的光合作用为例，这是人们千百年来持续探寻的谜题，相关的研究表明其作用机理与复杂的超分