自组装材料

1材料物理报告-

自组装材料Self-assembly

第五组组员：

陈庆霞SA14019089 苏燕平SA14168143

初靖SC14014015 姜慧芳SC14003041

刘兵杰SA14168205

介绍内容自组装定义特性性质自组装实例0D-1D 1D-2D 2D-3D

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自组装定义

Self-assembly

which a disordered system of

pre-existing components forms

an organized structure or

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Chemical Reaction?4

自组装材料特性

有序性Order

相互作用Interactions

组成部件Building Blocks 5

有序性Order6

◆自组装结构必须拥有比其

独立的组成部分更好的有

序性

◆而大多数化学反应却是依

据其热力学参数，向着更

加无序的方向进行的。

◆自组装一般是弱相互作用，比如范德华力、毛细作用、π

◆虽然弱相互作用键能低，但是其作用却是不可小觑的。应该注意到弱相互作用在材料中占有重要的作用，尤其是在生物系统中，虽然比起强相互作用，弱相互作用一般被视为是边缘

液体的物理性质固体的溶解度生物膜的分子组织

◆

通常自组装的组装部件不仅是原子分子◆更可以是范围从纳米到介观的结构，这些结构可以有不同的化学组成、形状、功能性。纳米的组成部件可以通过传统的化学反应路线进行自组装，也可以通过其他自组装策略，比如冰膜法进行合成。

组成部件

Building Blocks

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重要的自组装合成的材料

分子晶体molecular crystals

胶体colloids

脂质双层lipid bilayers

自组装单层膜

self-assembled monolayers

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身边的例子11

距离远的例子

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P. Chen等人展示了一种用法拉第波建立的气液界面作为模板进行微尺度自组装的方式。这种

方式使用微尺度材料来生成多种不同样式的对称和周期图案，这些微尺度材料可以是水溶胶、

细胞、球状细胞。

自组装材料的性质

弱相互作用

Weak Interactions 热力学稳定性

Thermodynamic Stability

微扰敏感

Sensitivity to Perturbations

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◆在共价合成和聚合中，科学家们可以将原子按照任意想要的方式连接，这种方式不是必须要能量上最适宜，自组装分子则不然。

◆自组装分子构成的结构是满足热力学上的最小数值，在自组装弱相互作用

Weak Interactions

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◆几乎所有自组装系统所拥有的性质就是热力学稳定性。因为自组装是在没有外界作用力干扰下发生的，这个过程一定会趋向于更低的吉布斯自由能，所以自组装的结构将在热力学上比起◆热力学稳定性

Thermodynamic Stability

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Sensitivity to Perturbations

◆微小的波动可以引起热力学上的改变，甚至破坏整个结构，这样的波动可以发生在自组装中或者自组装后。

◆弱相互作用的属性决定了这样的敏感性，也允许结构重组，甚◆

敏感是好事还是坏事？Sensitivity to Perturbations 自组装过程容易被外界参数所影响，因为很多参数需要控制，让合成变得有更多的不确定性。所以另一个侧面，自组装让人激动的优点也来源于此，那就是有大量不同的形态和功能可以被得到。

自组装实例0D-1D

1D-2D

2D-3D

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具有随机取向的SnO2量子点作为前驱体，加入SnO2量子点自组装成为纳米线，并进而组装成纳米带。在这里仅仅给出了其自组装成纳米线的例子。

衍射峰表明加

开始生长。这些

衍射峰的位置表明，在自组装过

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在250℃下，SnO2 在1.2M的

析

（a）1.5h：两个SnO2纳米棒通过

操控纳米线自组装来合成可控性能的纳米线元件

例如触屏上的透明导电膜

先用传统的polyol process method

Ag、Te纳米线，然后用LB

技术将两种纳米线组装在一起，接着

Te纳米线，就留下规则排列

纳米线。光透过率高达97.3%，

电阻也非常低，比传统的铟锡氧化物

）透明薄膜的性能更好

(e)(f)分别是除去Te 纳米线前后膜透明度的变化，可见后者更透明。

(c)(d)(e)(f)为纳米线的扫描电镜图从(c),(d)可以看出Te 纳米线直径为7nm 长度为上百微米，Ag 纳米线直径为50nm ，长度为5nm

该图表明该薄膜有良好的机械性能和电学性能，即使在水溶液中其电化学性能也比较稳定。

用震荡的方式在液-液界面联合自组装成银纳米线和其他功能纳米颗粒的薄膜

震荡的作用就是引入空气使形成water-air-oil三相界面，促进自组装的进行。左图是震荡引入空气与震荡除去空气得到的纳米线阵列的排列对比。

用此方法还可以将Ag2S（图

组装.得到具有特别功能的规则排列的纳米线阵列薄膜。