经典学术专著

《超分子层状结构-组装与功能》

20世纪80年代,法兰西学院诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn教授首次提出了“超分子化学”的概念，为科学工作者开拓了广阔的发展空间与创新空间。在短短的时间里，这个概念已被广大化学家所接收并引起了他们的极大兴趣。目前，超分子化学的学科体系正在形成，并与生命科学、信息科学、材料科学与纳米科学组成新的学科群，推动着科学与技术的发展。

带一份子或分子聚集群为结构单元，依赖于分子间作用力组装成超分子体系，从简单结构到复杂结构可分为若干层次。如以结构特征为依据，可分为微粒、线、与管材、超薄膜与层状结构、三维组装结构（如生命体的组织与器官等）。其中研究的最深入、应用前景最明显的是具有层状结构的多层复合膜，及把多层复合膜与图案化表面结合起来的层状结构，这种结合定会产生新概念与新思路，并为三维组装体打开新的组装途径。

1多层复合膜

1.1层状组装超薄膜与超分子化学

超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学。超分子科学的出现及发展对于传统的合成化学、材料化学、生命科学和纳米科学与技术产生了深远的影响，同时，这些科学的发展也对超分子科学的发展起到了积极的推动作用。超分子科学是一门集基础研究与应用与一体的交叉学科，其最根本目的之一是通过分子组装体中结构与功能的关系，在超分子构筑与功能组装之间建立起桥梁，使功能产生与超分子组装之中。层状组装超薄膜既可以是单层的，也可以是多层的。较之单层膜，多层膜上所负载的物质的数量和种类都可以极大的增加，这将丰富超薄膜的功能并实现功能的集成。1991年Decher等人在Iier的研究基础上提出了基于阴阳离子静电作用为推动力的制备纳米尺度的复合超薄膜的方法，这是超薄膜研究的重要里程碑，由此揭开了层状组装超薄膜研究的新编章。

1.2层状组装超薄膜的制备方法

基于溶液中自组装过程的超薄膜的制备方法，概括起来大致可以分为三大

类：（1）LB膜技术；（2）基于化学吸附的组装技术；（3）交替沉积技术。它们各具特点又互为补充，都是制备超薄膜的不可缺少的方法。

1.3静电组装

1、有机小分子的静电组装：静电组装技术为含有寡电子基团的有机小分子（带电荷基团的数目通常不少于2）的层状组装提供了一种十分有效的方法。通过调节溶液参数和选择合适的与小分子交替组装的物质，可以在很大程度上对有机小分子在膜中的存在状态乃至性质进行调节，从而为实现有机小分子超薄膜的功能化提供了空间。

2、有机-无机杂化超薄膜

随着有机-无机杂化材料的发展，其研究重点已经转向合成、制备结构更复杂、精密的纳米复合材料，这些材料具有高的比表面积，在很小的体积下可以结合种类和材料以及现代材料化学发展的一个重要方向。利用静电组装技术，可以把多种无机材料，如纳米材料、无机薄层、杂多酸等和有机材料组装成超薄膜，获得层状的有机-无机杂化超薄膜材料。纳米尺寸的无机微粒由于电子限域效应而具有独特的光电化学性质，将这些微粒和适当的有机物交替沉积制备成超薄膜，一方面可以将微粒的性质保留在超薄膜中，另一方面，通过对与其组装的有机物质的选择，可以实现超薄膜中无机微粒的性质的控制，以及实现功能的集成甚至产生新的功能。

3、非平面基底上的层状组装

静电组装技术的组装过程不依赖于基底的种类、尺寸和表面形态，这一特点使得非平面基底上的多层膜的组装变得可能。非平面基底上的静电组装也包括哪些具有微米或亚微米级图案化结构的基底上的超薄膜的制备，通过在这些图案化基底上的选择性沉积，可以制备三维层状结构的图案化超薄膜。

4层间化学发应

超薄膜的层间化学反应可以生成新的物质，使超薄膜在反应前后在结构和功能上产生变化；静电组装多层膜相邻层间是靠静电作用维系的，具有相当的稳定性，但由于静电力不同于化学键，是一种弱相互作用力，所以静电组装超薄膜的稳定性容易受到超薄膜所处的环境的影响，如超薄膜所处溶液的种类、PH、离子强度等。基于磺酸基、羧酸基、羟基等亲核基团在紫外光照射或加热条件下很容易和重氮基团发生亲核反应，生成相应的磺酸酯、羧酸酯和醚这一事实，发展了一种制备共价键合超薄膜的方法。

1.4改进的静电组装技术

主要包括（1）聚电解质吸附-活化技术：不但适用于制备具有非对称结构的超薄膜，还可以用于有机小分子与聚电解质的稳定超薄膜的制备；（2）电场诱导的静电组装技术：不仅适用于带电物质在导电基地上的选择性吸附，而且借助于外加电场的帮助，也可以将一些不易用静电组装技术直接成膜的物质组装成超薄膜；（3）旋涂-组装技术：适用于制备单一组分的、厚度可控的聚静电介质超薄膜。

2中空微胶囊

微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物质，其内部可以是可以填充的，也可以是中空的。微胶囊的技术特色在于囊内空间与囊外空间隔离，因而可分别对囊内和囊外空间的化学物理性质进行调控。如可将物质包裹在微胶囊内，形成填充的微胶囊；而物质本身的性能，如物理化学性能、生物学性能或光电性能等则不受影响。在适当的条件下，如破坏囊壁或改变囊壁的通透性能，被包裹的物质又能够释放出来。这为储存、运输和使用都带来极大的方便。通过微胶囊化，还可避免受到外界氧气、水和光等因素的影响，从而使性能不稳定的物质不会变质。通过囊壁的部分阻隔作用和渗透调节性能，可降低被包埋物的释放速率，或将被包埋物以可控的速率释放，形成各种具有释放和可控释放性能的微胶囊。

根据囊壁形成的原理，微胶囊的传统制备技术大体可以分为三类：利用反应生成囊壁的化学方法、利用相分离形成囊壁的物理化学方法、利用机械或其他武力作用形成囊壁的物理方法。随着微胶囊研究与应用领域的不断扩展，新的微胶囊制备技术也不断的被创造和发明。如纳米胶囊是指胶囊的尺寸再纳米至亚微米。此外，材料引起的致癌作用与粒子大小密切相关。同样的材料粒子越小，又发癌症的作用越弱，因此生物相容性越好。

通过改变囊壁的结构、组成或引入功能性组分，可获得具有各种功能的微胶囊。如聚电解质微胶囊、光或磁功能化微胶囊及生物功能化微胶囊等，还可以使得到的微胶囊的渗透性能、机械强度及热稳定性能有很大的改变。

3插层组装材料

层状插层组装体是一大类具有超分子结构的功能材料，因其结构和性能的特殊性，可广泛应用于国民经济众多领域和行业。该类材料主要是以层状结构材料