纳米自组装

1.1、单分子层薄膜修饰的无机纳米粒子的自 组装


如，单分子层保护的纳米粒子在一定条件可以 在基体上通过体系溶剂的挥发或者在水/空气界 面通过Langmuir-Blodgett技术自组装形成高度有 序的二维/三维超晶格 最典型的代表是在金或银纳米粒子的表面用硫 醇进行单分子层的修饰，通过硫醇分子间氢键 来诱导自组装。
Fig. Schematic illustrations for the TTE-mediated assembling of TOAAunm particles into a spherical assembly,and the Thiol-initiated disassembling process

静态自组装 (种类)

所谓静态自组装是指系统处于局部或者整体平衡 而不消耗能量的自组装 。在静态自组装中，有 序结构的形成可能需要能量，比如通过搅拌，但 是一旦形成后，就稳定了 。绝大多数的自组装 属于此类静态形式
动态自组装
Байду номын сангаас
动态自组装是指组分在通过相互作用组装而成 为结构或花样是必定消耗能量的自组装。下图 列出了动态自组装的一些例子。图中A是荧光标 示细胞骨架和细胞核的一个细胞的光学照片， 红色的是直径约为24nm的微管；B是3.5英寸的 Peter盘（即皮氏培养基皿，Peter是德国微生物 学家）中形成的反应扩散波
1.3、没有化学修饰的无机纳米粒子的自组装
将没有任何修饰的纳米粒子进行自组装是非常困难的， 因为粒子之间往往会产生团聚现象，在溶液中稳定分 散这些纳米粒子非常困难。 利用回流技术通过分散在溶液中的ZnO纳米粒子之间 晶面的共享成功将其自组装为一维的纳米棒状结构。 利用乙醇将柠檬酸稳定的金纳米粒子拉到分散在水中 的庚烷微液滴的表面，成功自组装成为密堆积的单层 膜。

After exposure to physiological ionic conditions ,such as cell media and human cerebrospinal fluid ,Oligopeptides or amphiphilic peptides assemble into nanofibers and hence form a gelatinous network ,with the hydrophilic head-groups forming a sheath and the hydrophlic backones forming a core with diameters ranging from several nanometers to tens of nanometers high density of bioactive peptide sequence and tissue .like water contence assemblilng peptide more closely mimic the hierachical structure of ECM than electrospun fibers do and hence hold great potential for future CNS tissue engineering.
最典型的代表是在金或银纳米粒子的表面用硫醇进行单分子层的修饰，通过硫醇 分子间氢键来诱导自组装。 例子：以四齿硫醚小分子化合物修饰的金纳米粒子自组装为球状聚集体
例子：基于π-π相互作用而自组装形成的磁性Fe3O4 纳 米粒子
Fig.2 (a) TEM image of self-assembled microspheres prepared by dropping the as-prepared TTP-COOH-coated Fe3O4 solution (b) Structure model proposed for the self-assembly process of individual nanoparticles to form microspheres（微球 ） through π-πinteractions
例子：二元纳米粒子自组装为超晶格结构
TEM image of the characteristic projections of the binary superlattices, selfassembled from different nanoparticles,and modeled unit cells of the
幻灯片放映提示
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自组装特点

不管是何种自组装，都有一些共同的特点，或者 可称为自组装原理。 首先，自组装必须有组分。组分可以是一群分 子或者是彼此相互作用的超快分子(同异)，自组 装反映了每个组分中的信息码，比如形状、表面 特性、电荷极性、磁矩和质量等称为设计的关键


其次，自组装分子中必须有相互作用力 组分必须能相互移动，产生质量迁移（溶液热 运动促进接触） 自组装的环境（液相、表面、模板） 自组装的可逆性或可调性
(
2.3、静电力诱导的一维纳米材料的自组装
例子：静电作用力诱导的自组装氧化锌纳米棒为花状结构
Self-assembly of ZnO nanorod into flowerlike structure via electrostatic interactions, as well the flowerlike ZnO nanotubes because of aging
2、一维纳米材料的自组装



一维纳米材料表现出许多优异而独特的性质， 比如超强的机械强度、更高的发光效率、增强 的热电性能等。 将一维纳米材料组装为具有特定几何形貌的聚 集体，或将进行限域生长和实现其特定的取向 会给一维纳米材料带来崭新的整体协同效应。 但由于一维纳米材料的各向异性，对其进行直 接组装时比较困难的。
1.2、大分子修饰的无机纳米粒子的自组装


在一个小的外场刺激下，高分子体系会产生相 对大的响应。因此设计和选择适当的有机高分 子可以很好的导向无机纳米粒子，从而实现结 构可控的自组装。 美国Russell研究小组设计了一些列具有氢键识别 功能的大分子，实现了纳米粒子在两种不相容 液体界面的自组装。在流体的界面，纳米粒子 会快速运动，并很快达到组装的平衡态。
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2.4、其他

还有一类自组装技术，即在一维纳米材料生成 的同时进行自组装，最终得到稳定的、具有规 则外形的聚集体。
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宽屏图片
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创建 16:9 演示文稿
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自组装的概念
所谓自组装是指分子及纳米
颗粒等结构在平衡条件下，通 过非共价键作用自发地缔结成 热力学上稳定的，结构上确定 的，性能上特殊的聚集体的过 程。
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原子与原子通过共价键连结起来形成分子，属 于传统的分子化学，而不在自组装所界定的范 畴之内。自组装归属于分子间非共价键弱作用 的超分子化学，有机分子及其他单元在一定条 件下自发地通过非共价键缔结成为具有确定结 构的点，线，单分子层，多层膜，块，囊泡， 胶束，微管小棒等各种形态的功能体系的物理 化学过程都是自组装。
自组装制备各种纳米材料

自组装可以制备各种纳米晶，纳米丝和杆、单层和多层 膜、纳米管、各种3D形状的纳米结构、超分子聚集体以 及生物材料等。组分可以是金属、合金、氧化物、半导 体、各种极性分子以及超分子。下面就一些主要的组分 自组装成纳米材料加以讨论。
表面活性剂和亲水性分子

两性分子，像共聚物、蛋白质这样的表面活性剂，在很多自组装现象中有重 要作用。这些两性分子的性质是由独特的分子内作用决定的：尾部基团的疏 水作用、头部基团的亲水作用或静电作用。生活中如清洁剂、肥皂、泡沫剂 等。 表面活性剂也称作表面活性试剂，至少头部有一个 亲水基团，尾部有一个疏 水性分子。在低浓度下，这些分子能够吸附在表面或界面上来大大降低表面 能。它分阳极、阴极、两性、中性。
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自组装是自然界普遍存在的现象，DNA 的合成， RNA的转录，调控及蛋白质的合成与折叠这样的 生物化学过程都是自组装所形成的产物
DNA复制
分类
通过自组装得到纳米功能材料可以分 为以下四个层次来考虑： ● 初级结构是分子结构，通过有机化 学的一些原理可以精确控制。 ● 第二层次的结构是超分子结构，这 方面运用已经熟知的原理也有较充分 的了解。
2、一维纳米材料的自组装



一维纳米材料表现出许多优异而独特的性质， 比如超强的机械强度、更高的发光效率、增强 的热电性能等。 将一维纳米材料组装为具有特定几何形貌的聚 集体，或将进行限域生长和实现其特定的取向 会给一维纳米材料带来崭新的整体协同效应。 但由于一维纳米材料的各向异性，对其进行直 接组装时比较困难的。
2.2、模板诱导一维纳米材料的自组装

模板诱导自组装是得到理想结构一种十分有效 的方法。例如，单壁碳纳米管在氧化硅凝胶表 面进行的自组装。
a) Self-Assembling Processes, (b) SEM image taken after the first cycle adsorption of SWNTs using amine-functionalized silica spheres （胺功能化二 氧化硅球）
纳米自组装
纲要
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什么是纳米自组装？
例子：在水/甲苯界面Fe3O4 纳米粒子自组装
Fig. (a) Schematic illustration of processes of preparing colloidosomes based on self-assembly of Fe3O4 NPs (golden dots) at interfaces of toluene and water, (b) confocal microscopy image of colloidosomes, water-in-toluene droplets stabilized with 8 nm Fe3O4 NPs

吗

● 第三层次的结构描述超分子如何通过相 互作用而形成较 高有序的聚合体或者结晶材料，这方面虽然没有设计和预测材 料结构有了很有意义的进展，但仍在发展之中。 ●最后一个层次的结构是描述自组装材料如何自发地合并 而成为器件或器件集合体，可能包括了通过自组装内连接而成 为宏观物质。这个层次的结构发展很不够，特别是纳米材料方 面的研究还相当缺乏。
例子：水滴铺展法自组装硅纳米线阵列
Fig.8 Self-assembly of silicon nanorod into micro-patterns via water spreading method, the resulted morphology depends on the position, i.e., the distance from the center of water drop