大分子自组装及其应用的研究与进展
第!"卷第#期高分子材料科学与工程
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’*+++大分子自组装及其应用的研究与进展>
林贤福(陈志春(吕德水(何琳(张大同
?浙江大学分析测试中心(浙江杭州@!++*,A
摘要B综述了化学吸附C分子沉积C旋涂C慢蒸发溶剂和枝接成膜等D种大分子自组装成膜方法(并介绍了其在液晶C非线性光学材料C聚合物表面改性等材料领域的应用及其表征研究E
关键词B大分子F自组装F成膜方法F功能材料F表征研究
中图分类号B."@!’!G!文献标识码B4文章编号B!+++H,D D D?*+++A+#H+++D H+@
大分子自组装可以指聚合物分子在氢键C静电相互作用C疏水亲脂作用C范德华力等弱相互作用力推动下(自发地构筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程E
大分子自组装形成的高分子超分子体系开辟了材料化学的一个新领域(液晶C胶束C二维薄膜C三维骨架等都可通过自组装合成制备(在分子构造(光C 电C磁信息转换及处理器件等方面有广泛的应用潜能(在过去的!+年里受到人们的密切关注E各国学者(如德国的:’9I J K I L(美国的9’M’:L N O P Q I L(1’
R’3
V大分子自组装成膜方法
V’V化学吸附方法
利用含硫聚合物分子在金C银等金属上的化学吸附(是一种形成聚合物自组装单分子膜十分有效的方法E基于金H硫相互作用在金表面上形成的自组装单分子膜体系也是目前研究最为深入的自组装体系(由于金属与硫之间形成的是化学键(因此这种膜的牢固度与热稳定性都很好E
1J8N L U K W等人首先利用这种方法得到聚合物自组装单分子膜X!Y E!Z Z@年(9’M’:L N O P Q I L等人将枝接上含硫侧链的甲氧基乙基丙烯酸酯和羟乙基丙烯酸酯共聚物配成氯仿溶液(在表面镀金的底物上也得到单分子膜(实验还发现膜是聚合物分子在金表面上通过多点连结形成的X*Y F!Z Z"年(他们又将带全氟聚醚侧链的聚氧硅烷含硫衍生物进行组装(得到的单分子膜可作为润滑剂使用X@Y E;’R’3N S%&U 等人则研究了马来酸酐共聚物在银表面上形成的自组装膜X#Y E
V’[分子沉积方法
分子沉积方法是!Z Z!年德国1N O P\大学的
9I J K I L首先提出来的(其原理是B将带正电荷的固体表面与溶液中阴离子聚电解质接触C吸附(然后用水洗净(使表面带负电(再浸入阳离子聚电解质溶液中取出(表面即成正电(如此往复进行(即可形成多层自组装膜X D Y(如R O Q’!所示E这种分子水平层层组装过程为能够从分子水平控制膜厚度及多层膜的结构成为可能(被成功用于各种聚电解质的组装E!Z Z*年(9I J K I L又用这种方法组装了聚硫酸乙烯酯和聚烯丙胺(同时研究了组装体系的结构特征和热力学行为(发现膜的厚度与加入电解质的浓度有关X"Y E;’1J8N L U K W等人则以这种方法对聚对苯二甲酸乙二醇酯?-25A做了表面改性研究X,Y E!Z Z"年(9’9N]O H ^%]也用这种技术组装聚苯撑乙烯?--$A和聚对磺化苯乙烯?7-7A(制得能电致发蓝光的聚合物膜X_Y E !Z Z@年(1’R’3
>收稿日期B!Z Z Z‘+"‘!@
作者简介B林贤福(男(@D岁(教授’万方数据
!"#$%&’()*’(+,-"*.",#/,+01+,*/0+02(*32(.(40)"-"05
%$6旋涂方法
旋涂方法指将配制好的聚合物溶液滴加到高速旋转的底物表面形成薄膜7899:年;<=>等人用旋涂方法在玻璃底物上得到不对称聚联乙炔的自组装膜;并用?@A B C 和介电光谱确证了自组装膜的氢键
网络结构D 8E F
7899G 年;张榕本等人也用旋涂方法在玻璃上得到具有二阶非线性的光学自组装膜;用红外光谱H 原子力显微镜I J ?K L
及示差扫描量热法I M N O L 研究了自组装结构的形成过程D 88F
7O P Q R
SQ =T U R V 等人则用旋涂得到发光二极管的聚合物自组装膜D 8W F 7
%$X 慢蒸发溶剂方法
质子性有机溶剂得到两亲分子自组装膜D 8]F 7沈家骢 等人将长脂链单胺H 乙二胺H 环氧氯丙烷熔融聚合得到一个两亲性聚合物;将这个聚合物溶于氯仿^乙醇I _‘]L ; 在固定蒸气压和室温条件下蒸发有机溶剂:a P ;得到自组装膜D 8:F 7O $@$B >=b Q 则利用这种自组装方法合成了超分子侧链液晶聚合物D 8c F ; 在这种方法中;聚合物亲水和憎水的平衡是关键因素7%$d 枝接成膜方法 将一端枝接在固体表面的聚合物浸入溶剂中;如果聚合物与溶剂不相溶;且枝接不均匀;憎溶剂相 互作用使高分子链自组装成有序膜D 8G F 7e [f [g h 等人利用这种方法得到了均聚物D 8_F 和共聚物D 8a F 自组装 膜7N =R V P i = 则制得了作为生长生物细胞模板的自组装膜D 89F 7这种形成自组装膜方法的优点是膜的尺寸 能够通过改变聚合物链长H 溶剂性质和枝接密度来控制7 j 大分子自组装膜的应用j $%液晶 近年来;大分子自组装作为一种分子设计手段被引入液晶聚合物体系;其原理是介晶基元和大分子链通过分子间非共价键相互作用;如氢键H 离子链相互作用等自组装成有序聚集体;这类液晶聚合物有较高的热稳定性和有序性7其中氢键是最重要的 分子间相互作用方式;侧链液晶聚合物D W E F 和主链液晶聚合物D W 8F 都可通过分子间氢键相互作用自组装得到7k l =f f Q 和他的合作者首先采用通过离子键连结聚乙烯磺酸盐和具有液晶性的叔胺小分子得到自 组装液晶聚合物D W W F 7@$k b m Y 则利用电荷转移作用 得到自组装液晶聚合物D W ]F 7 j $j 发光二极管n o p ) 共轭聚合物发光二极管q r M h 在大屏幕等方面存在广阔的应用前景;其发光层聚合物膜可以通过导电底物上用电化学聚合的方法得到;但膜的厚度H 纯度等都不易控制;这势必影响实际效果7如果将单体聚合后溶于溶剂;用旋涂H 分子沉积等组装技术就 可以得到很好的解决7899G 年;以色列M $M [i =T U i 等人利用分子沉积自组装技术用聚苯撑乙烯和聚对磺化苯乙烯这两种聚电解质制得了发蓝光的 q r M h D a F 7K $ s b [R h Z U >得到了聚噻吩和非共轭聚合物掺杂的q r M h 自组装膜D W :F 7K=Z h Y m U h P =t R U T [等研究了聚苯撑乙烯I u u v L ^磺化聚苯胺I N u J R L q r M h 自组装膜;发现对单层u u v ^N u J R 膜;q r M h 发带绿的黄光w 多层u u v ^N u J R 膜发带蓝的绿光D W c F 7j $6非线性光学材料 非线性光学材料必须有非中心对称的发色团的规整排列;分子热运动却使其趋向于无规随机排列7 科学家想了不少办法来阻止或减慢这种自发的解取向;都未取得令人满意的结果7张榕本等人将对二烯丙氧苯硅氢加成后通过x 极化^溶胶凝胶化y 过程;设计并制备了一种高性能的自组装交联二阶非线性光 G 高分子材料科学与工程 W E E E 年 万方数据 学膜!""#$"%%&年’()*等人利用旋涂方法得到不对称聚联乙炔的自组装膜’可作为二阶非线性光学聚合物!"+#$,-.*/0等人则对嵌段共聚物自组装膜的光导性质作了理论预测!12#$ 345表面修饰与改性 磁性记录材料的表面上需要涂一层非常薄的全氟代烷基醚系润滑剂’但用一般方法很难得到非常薄的膜6如"++7*以下8$美国9/0:;<等人将全氟聚醚嫁接聚氧硅烷结合烷基硫醇’在金表面上通过分子自组装得到了这种膜!=#$>?9/<:-@则利用分子沉积组装技术对聚对苯二甲酸乙二酯6A B,8作了表面改性研究!C#$而D G自组装体系的表征研究 对于自组装体系的表征研究为其开发提供了理论依据’现已形成一整套表征方法’如H用红外光谱和光电子能谱来获得组装体系的分子结构信息!1’=’C’""’"&#I用椭圆光度和J射线反射测得自组装膜的厚度和粗糙度!1’=’K’2’F#I用示差扫描量热6L M98和J射线衍射及极化光谱来研究自组装体系的热力学性质!""’"&’1+’1=#I另外’人们还用电镜6,B>8!"+#N 二次离子质谱6M O>M8!=#等’这方面的工作一直是自组装体系研究的重点$ 此外’原子力显微镜6P Q>8借助针尖与所观察材料中逐个原子发生作用’成为从原子水平上研究自组装体系最有力的工具$张榕本等人用P Q>对自组装二阶非线性光学高分子膜的超分子结构进行了研究’结果表明发色团小分子以分子状态存在于膜中!""#$R<;/0:;<角显微镜和界面J光衍射是迄今为止直接观察到液面上分子以分子间相互作用的最新仪器$沈家骢教授等人利用R<;S0;<角显微镜和界面J光衍射于气液界面上直接观察两亲性聚合物的成膜行为和有序结构!="#$而电子层析J射线摄影技术则被用来研究自组装体系的三维结构$ M:T U U等人利用这种技术研究了<.V?.)W共聚物自组装形成的三维纳米结构!=1#$M U.7:/X也用电子层析J射线摄影技术研究了三嵌段共聚物的三维结构!==#$ 总的来看’经过"+年的工作’人们对大分子自组装体系的认识比以前要深入得多’对其应用研究’则更是朝着实用方面发展$作为化学N物理N生命科学和材料科学的交叉学科’它将在光电材料N人体组织材料N高性能高效率分离材料及纳米材料中发挥作用’其实际应用’最可能突破的领域为光电材料$ 参考文献 !"#>?9/<:-@,Y4>/?<.*.W;?T W;0’"%F2’1"H"1+&4 !1#L/Z)V[’D !=#L/Z)V[’D !&#]/^.W:Y Q4A<.?4"0:A/?)_)?A.W@*49.7_4’"%F%H&2+4 !K#L;?-; !2#L;?-; !C#>?9/<:-@,Y4>/?<.*.W;?T W;0’"%%C’=+HC F4 !F#a.7Ea4M T U !%#]T^7;<>Q4>/?<.*.W;?T W;0’"%%K’1F HC""K4 !"+#()*[a4>/?<.*.W;?T W;0’"%%K’1F H2&14 !""#刘冬生6\O b L.7E c0-;7E8’张榕本6d a P e D].7E c^;784中国科学’R辑69-)7;0;M?)7;?;’A/<:R8’"%%C’1C H="K4 !"1#[;)V.7E9-;74A.W@*4A<;U4’"%%C’=F H%=24 !"=#(T7):/X;,4Y4P*49-;*4M.?4’"%%&’""2HK K C%4 !"&#d-/7EJ)’M-;7Y)/?.7E4>/?<.*.W;?T W;0’"%%C’=+H"2==4 !"K#O*)<;9,4>/?<.*.W;?T W;0’"%%C’=+HF C C4 !"2#\/)A4Y49-;*4A-@04’"%%1’%C HK F24 !"C#R/W/f0P94>/?<.*.W;?T W;0’"%%2’1%H2==F4 !"F#R/W/f0P94>/?<.*.W;?T W;0’"%%2’1%H122C4 !"%#M)7E Z)]4M?);7?;’"%%&’12&H2%24 !1+#(/:.,4>/?<.*.W;?T W;0’"%%K’1F HF F C K4 !1"#P W;g/7V;<94>/?<.*.W4M@*U4’"%%&’C C H1F=4 !11#b h)W W;M4>/?<.*.W;?T W;0’"%%1’1K H="C&4 !1=#b<@T,4>/?<.*.W;?T W;0’"%%&’1C H12K F4 !1&#>/E7T0D):0T@.0-)i7.V/4Y4P U U W4A-@04’"%%K’C F H&&K24 !12#9-;7Y,’]/^.W:Y Q4>/?<.*.W;?T W/<0’"%%K’1F HK F""4 !1C#D/?<.*.W;?T W/<0’"%%&’1C H=+K=4 !1F#D !1%#林贤福6\O e J)/7c_T8’陈耀祖69a B e j/.c f-T84%2中国材料研讨会论文集6,-;e/:).7/W M@*U.0)T*.7:-;>/:;<)/W )7"%%28’"%%2’6kc"8H&%"4 !=+#林贤福6\O e J)/7c_T8’陈志春69a B e d-)c?-T784高分子材料科学与工程6A.W@*;<>/:;<)/W0M?);7?;l B7E)7;;<)7E8’"%%%’"K6K8H"+K4 !="#张希6d a P e D J)8’沈家骢6M a B e Y)/c?.7E84高分子学报6P?:/A.W@*;<)?/M)7)?/8’"%%C’&H&2%4 !=1#M:T U UMO4>/?<.*.W;?T W/<0’"%%C’=+H1""+4 !==#Y;__9/W Z;<:4M T U 6下转第"1页$:.^;?.7:)7T;V.7A4"18 C 第&期林贤福等H大分子自组装及其应用的研究与进展万方数据 I上接第)页*q=:p8:F D vx o=n r z)i *++*(-%’(0*-"#0#,%-,,*"&%,.1*&&%0j,/*(+’)&*!!,’-*)’#( -.5789:;x F>?@A5B C8;q C F:>-/0D;u C F8>@A-8:>B@45609;p=:E I J K L V L[R L Z T U1[N Q S Y X Y N[\]L N Y P Z L W L[R T U2K L3X N[4a[X b L Z Y X R S>_N[45K T P e6f f h7>V K X[N i *j&)"*-)k|C Dn9q o=n=m D q F m9o u D m x;9u u D n ~!"#$%&’k n9q o=n=m D q F m D(u D m x;9u u D n 次声和超声的特点及应用 一、选择题 1．下列与声现象有关的说法中正确的是（） A．高速公路两旁的隔音板可防止噪声的产生 B．汽车安装的倒车雷达是利用超声波工作的 C．医生用听诊器检查病情时，提高了声音的音调 D．太空中的宇航员能对话，表明声音能够在真空中传播 答案：B 2．（多选）下列关于声音的说法中正确的是（） A．“隔墙有耳”说明固体也能传声 B．“震耳欲聋”主要说明明声音的音调高 C．北京天坛的丘，加快了声音的传播速度，从而使人听到的声音更加洪亮 D．用超声波清洗钟表等精密仪器，说明声波能传递信息 答案：AD 3．关于声现象，下列说法中正确的是( ) A．声音在真空中传播速度为3×108 m/s B．在交响乐演奏中，台下的观众能分辨出不同乐器的声音，主要靠音色辨别C．“倒车雷达”利用了次声波 D．摩托车加消声器属于在传播过程中减弱噪声 答案：B 4．伦敦奥运会期间英国军方将配备一种远程声波安保设备，该设备工作时可以产生高达150分贝的声音，尖锐的声响会让人耳感到刺痛，既可用作高音喇叭，也可用作非致命性武器驱散人群。关于该设备，下面说法正确的是（） A．该设备产生的是超声波 B．该设备产生的是次声波 C．“150分贝”是指所产生声音的响度 D．“150分贝”是指所产生声音的音调 答案：C 5．下列数据较符合实际的是 A．一张中考物理试卷的面积约为1.5m2 B．正常人听觉频率范围是20Hz-2000Hz C．一支新2B铅笔的长度约为18dm D．初中男生百米跑的时间约为14s 答案：D 6．关于声现象，下列说法正确的是 A．利用超声波可以测月亮和地球间距离 B．吹奏笛子时，演奏者用手指按住不同气孔，是为了改变发出声音的响度 C．声音在同种介质中的传播速度一定相同 D．“闻其声而知其人”主要是根据声音的音色来判断的 答案：D 7．下列关于声现象的说法，正确的是（） A．声音可以在气体、固体中传播，但不能在液体中传播 B．汽车上的倒车雷达是利用次声波传递信息的 C．外科医生利用超声波振动除去人体内的结石，说明声波能传递能量 D．学校路段“禁鸣喇叭”，是在传播过程中阻断噪声 答案：C 8．关于声现象，下列说法错误的是（） 分子自组装原理及应用 【摘要】：分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装；自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据 纳米粒子的自组装 摘要：本文主要介绍了自组装的相关基础知识，并具体对纳米粒子的自组装进行了介绍，通过组装单元的类型对纳米粒子的自组装进行分类。组装单元有柔性的也有刚性的，有各向异性的也有各向同性的。分为各向同性刚性粒子的自组装、各向异性刚性粒子的自组装、各向异性柔性粒子的自组装以及各向同性柔性粒子的自组装这四类进行了详细介绍。 关键词：纳米粒子，自组装，刚性，柔性，各向同性，各向异性 1引言 组装在汉语释义中，是指把零散的部件组合在一起，使成为整体，组装的过程中，用到的是人力或者机械力。与日常生活中的“组装”不同，自组装（self-assembly）是指在非共价力的作用下，小分子、大分子或纳米粒子组合成规则有序的物体。这里的非共价力包括范德华力、氢键、静电作用、疏水作用、偶极相互作用等，称为自组装的驱动力，非共价力不是人手或者机械可以操控的，非共价力的操控需要人们对于物理化学的原理的理解和运用。自组装形成的规则有序的物体称为自组装体或者组装体（assembly），形成组装体的原料成为组装单元（building block），根据组装单元的不同，相应的就有小分子自组装、大分子自组装和纳米粒子的自组装。 图1.1是不同尺度物体生产的空间坐标轴，在坐标轴的右侧，常规加工可以制造各种尺寸大于0.1mm的物体，制造的技术已经非常成熟。微加工（microfabrication）则可以制造各种复杂形貌的微米物体（1-100μm），比如用双光线技术。在坐标轴的左侧，在零点几纳米到几纳米的尺度内，有机化学已经可以根据需要设计合成各种目标分子，技术已经非常成熟；在几个纳米到几百纳米范围内，高分子化学家则可以合成各种构造的高分子入梳形高分子，胶体化学家可以合成各种纳米晶体如八角状的纳米晶体，该尺度范围内，虽然还不能按照需要任意地制备物体，但是已经可以制造很多种不同结构不同形貌的物体，然而对于位于坐标轴中间的几十纳米到几个微米的尺度范围来说，该尺度大于化学合成所能制备的物体的上限，小于常规加工和微加工所能达到的下限，该尺度范围内的制造需要人们通过物理化学的原理的理解和使用来完成，这就是大分子自组装以及纳米粒子的自组装的任务所在。 图1.1 Fabrication of objects at all scales 大分子自组装经过三十年的发展，通过嵌段共聚物溶液自组装的方法可以制备二三十种 摘要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，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。本文介绍了近几年超分子科学研究中的热点和基本问题，愿为我国超分子科学的研究提供参考。 自然界亿万年的进化创造了生命体，而执行生命功能是生命体中的无数个超分子体系。对超分子的认识一直到20世纪中叶，特别是C. J. Pedersen、J. M. Lehn和D. G. Cram等人合成了大环分子(冠醚、穴状配体等)，这些大环化合物能基于非共价键作用选择性地结合某些离子和有机小分子，这一主客体的创新成果获得1987年诺贝尔化学奖。1978年法国科学家J. M. Lehn等超越主客体化学的研究范畴，首次提出了“超分子化学”这一概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”[1]。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，它主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。两个世纪以来，化学界创造了2 000万种分子，原则上都可在不同层次组装成海量的、取决于组装体结构具有特殊功能的超分子体系，由此可见，超分子化学开拓了创造新物质与新材料的崭新的无限的发展空间。事实上，自然存在着亿万个超分子体系居于生命体的核心位置，例如，在细胞内的生物化学过程都由特定超分子体系来执行，像DNA与RNA的合成、蛋白质的表达与分解、脂肪酸合成与分解、能量转换与力学运动体系等。因此超分子科学是研究生物功能、理解生命现象、探索生命起源的一个极其重要的研究领域。经过20多年的快速发展，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一[2，3]。 国际上超分子科学的研究开展得如火如荼，发达国家和地区，如欧盟、美国和日本等都投入了大量的人力和物力进行超分子科学方面的研究与开发。在国家自然科学基金委、科技部、教育部、中国科学院等相关部门的大力支持下，我国的科学工作者较早地开展了超分子科学研究，并做出了一大批有特色的工作。我们结合今年9月在长春举办的超分子国际香山科学会议及部分国内外同行的研究结果来介绍超分子科学研究的热点和基本问题，供国内同行参考。 1 层状超分子组装体 生物膜是细胞的关键组分，又是高效、神奇的超分子体系。它的模拟物就是层状组装体(包括单层膜、多层膜、复合膜等)。层状结构容易表征，是研究分子间作用力及组装方法最好的模型，又是走向实用化的器件原型，所以层状组装超薄膜的构筑与功能化一直是超分子科学研究的热点[2]。 1991年，G.Decher及其合作者报道了基于阴阳离子静电作用的聚电解质多层膜的制备，称为静电组装技术，拉开了层状组装薄膜研究的序幕[4]。静电组装技术被认为是一种构筑结构和功能可控的有机、无机和有机/无机复合薄膜的有效方法之一。在层状组装多层膜的构筑中，引入含有刚性介晶基团的双头离子能提高多层薄膜的稳定性和改善层间界面的有序度。基于静电组装技术，实现了包容卟啉、酞菁等有机分子，特殊的齐聚物、有机和无机微粒、生物大分子如蛋白质、酶、病毒以及树状分子等在内的物质的多功能较稳定复合薄膜的构筑。一种由金属烷氧基化合物来制备金属氧化物薄膜的组装技术，称为表面溶胶 凝胶技 次声在生物医学中的研究及应用 [ 07-06-13 15:39:00 ] 作者：鲁荣，王贵学，赵志强编辑：studa20 【摘要】次声广泛存在于人类生存的环境中，它具有穿透力强、衰减小等显著特点，并能通过共振机理对人体神经系统、内脏器官等产生一定的生物学效应。恰当的利用次声的特性，可以转害为利，让次声在生物医学领域得到广泛的应用，为人类的健康做出贡献。 【关键词】次声；生物效应；应用 Research and application of infrasound in biomedicine LU Rong,WANG Gui-xue,ZHAO Zhi-qiang.Biology Engineering College of Chongqing University Chongqing 400044,China 【Abstract】 Infrasound widely exists in the environment where people live. It has noticeable features such as powerful capability of through objects with small attenuation in transmission. It affects the function of nerve-system and viscera due to resonance. Using the characteristic of infrasound in a right way can make harm to be benefit. It can be used widely in biomedical engineering, and would make great contribution for human health. 【Key words】 infrasound；biological effect；application 次声是频率为0.0001～20Hz的弹性波。它与可听声一样，由各种物体的机械振动产生，通过各种弹性介质(空气、液体、固体)的分子作稀疏或紧密的交替波向四周扩散传播。次声也是一种声音，在本质上与可听声或超声没有什么区别，例如传播速度、传播过程中的透射、反射以及吸收衰减规律等。当然，由于次声的频率很低、波长很长，所以它也就具有一些不同于可听声或超声的特性［1，2］。 1 次声的基本物理性质 1.1 次声的特性与可听声相比，次声的特性主要有两点：一是人耳感受不到。次声的频率很低，超出了人耳的听觉阈，所以不能引起人的听觉。二是不易衰减。在相同的传播路径上，介质吸收声波能量，进而使其衰减的多少与声波的频率正相关，即频率低则衰减小，所以次声比一般声波的衰减要小得多。0.1Hz的次声绕地球一周，其能量仅损失5%左右，这也说明次声可以传播很远的距离。例如一颗几公斤重的炸弹爆炸时产生的可听声一般只能传播几公里远，而它产生的次声在八十公里之外仍然可以被记录到［2］。 1.2 次声的产生产生次声波的原因是多种多样的，大体可以归纳为两个方面。一是由于自然现象而产生的，这种次声主要由风的波动、空气湍流、 浅谈超分子化学的应用及前景展望 超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的，它包括分子识别、分子自组装、超分子催化、超分子器件及超分子材料等方面。其中分子识别功能是其余超分子功能的基础。超分子学科的应用主要是围绕它的主要功能－识别、催化和传输来进行开发研究。 1987年，莱恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三位化学家以其对发展和应用具有特殊结构的高分子的巨大贡献而获得诺贝尔化学奖。莱恩在获奖演讲中，首次提出了“超分子化学”的概念。同时克拉姆创立和提出了主—客体化学理论，彼得森则发展和合成出大批具有分子识别能力的冠醚。至此，以“超分子化学”为名称的新的化学学科蓬勃地发展起来，并以其新奇的特性吸引了全世界化学家的关注和热衷。近年来Supramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，已经得到世界各国化学家的普遍认同。 目前超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的作用，该学科的研究不仅与各化学分支相结合，又与物理学、信息学、材料科学和生命科学等紧密相关。在与其他学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学。超分子科学涉及的领域极其广泛，它不仅包括了传统的化学(如有机化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来非常活跃。涉及的应用包括：在化学药物方面的研究与应用，在光化学上的应用，在压电化学传感器中的应用，识别作用（酶和受体选择性的根基）的应用，在有机半导体、导体和超导体以及富勒烯中的应用，作为分子器件方面的研究，在色谱和光谱上的应用，催化及模拟酶的分析应用，在分析化学上的应用等等。 超分子化学在药物开发中的应用研究是国际学术界和工业界共同关注的一个热点。药物分子和其它有机分子通过氢键作用结合在一起形成的药物超分子化合物,可有效改善药物的溶解度、生物利用度等性质,成为药物制剂的一个新选择。超分子药物化学是超分子化学在药学领域的新发展。该领域发展迅速，是一个新兴的交叉学科领域，正在逐渐变成一个相对独立的研究领域。迄今已有许多超分子化学药物应用于临床，其效果良好。更多的超分子体系正在作为候选药物进行临床研究开发。超分子化学药物因具有良好的稳定性、安全性、低毒性、不良反应少、高生物利用度、消除药物异味、克服多药耐药、药物靶向性强、多药耐 次声的应用 次声是频率低于可听声频率范围的声，它的频率范围大致为10-4～20Hz。 由于次声的频率很低，所以大气对次声波的吸收系数很小，因而其穿透力极强，可传播至极远处而能量衰减很小。10Hz以下的次声波可以传播至数千千米的距离。1983年夏，位于印度尼西亚苏门答腊岛和爪哇岛之间的喀拉喀托火山爆发，火山爆发时产生的强次声波绕地球转了3圈，历时108小时后才慢慢消逝。全世界的微气压计都记录到了它的振动余波。1986年1月29日，美国航天飞机"挑战者"号升空爆炸，爆炸产生的次声波历时12小时53分钟，其爆炸威力之强，连远在1万多千米处的我国北京香山中科院声学研究所监测站的监测仪都"听"到了。通常的隔音吸音方法对次声波的特强穿透力作用极微，7000 Hz的声波用一张纸即可隔挡，而7Hz的次声波用一堵厚墙也挡不住，次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。次声波具有较大的破坏性。强烈的次声波通过固体媒质的传播，会直接破坏建筑物，使其损坏或坍塌。1980年，我国南京某广场的一座大楼施工时，打桩机产生的强烈振动波，把工地附近一家电影院的墙壁震裂，致使这家电影院不得不被拆掉重建。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆，能将飞机撕得四分五裂；地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁；海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。 次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3～17Hz，头部的固有频率为8～12Hz，腹部内脏的固有频率为4～6Hz)，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，引起人体功能失调或损坏，血压升高，全身不适；头脑的平衡功能亦会遭到破坏，人因此会产生旋转感、恶心难受。许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心，这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强，人体受其影响后，便会呕吐不止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉，甚至内脏血管破裂而丧命。所谓次声波武器就是利用这一原理来对人体产生影响和杀伤作用的一类新概念武器。由于人听不到、看不见、摸不着次声波，所以又有人把次声波武器称之为"无声杀手"、"哑巴武器"等。 次声波对人类而言可以说是一个双刃剑。一方面，人们通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，可以更深入地认识这些现象的特性和规律，例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件等等。 另一方面，次声波对人体是有害的，人类必须防止次声波的污染。让人头痛的是，由于次声波的穿透力极强，几乎没有什么办法能够消除它对人体的危害。人们惟一能做的就是在各种次声波污染物上（交通工具、打桩机等）安上减振器，把它对人体的危害减小到最低程度。 浅谈次声波 1.引言 在声波的频段划分中，人们把频率低于20Hz的声波称作次声波。次声普遍存在于多种现象中。由于人耳只能听到频率在20~20kHz范围内的声音，所以长期以来次声没有引起人们过多的注意。 在自然现象中，地震、火山爆发、风暴、雷暴、磁暴、陨石落地、大气湍流等都会产生次声波。人类的活动，如核爆炸、人工爆破、火箭起飞、飞机起降、奔驰车辆的振动等也会产生相当强的次声波。另外，还可以人为制造声源——次声发生器。这种发生器的工作很像风琴管，可以具有较大的功率。 次声波和声波一样，其传播遵循声波传播的一般规律，但由于它的频率很低，在传播时也有自己的特殊性。次声波在20℃的大气中的传播速度为334m/s。由于次声波的频率低，波长大，容易发生衍射，在传播过程中遇到障碍物很难被阻挡，经常会一绕而过，在有些情况下，哪怕是巨大的山峦也无法阻挡它的传播。另一方面，声波在传播过程中，频率越高，衰减越大。次声波由于频率很低，在传播过程中衰减很小。当次声波在大气中传播几千千米时，空气对其吸收还不到万分之几分贝。因此，次声波可以在空气、地面等介质中传播得很远。 近些年来，对次声波有了较多的关注和研究，逐渐发现它在各个方面的应用价值。次声波的应用前景大致有这样几个方面： （1）通过研究自然现象所产生的次声波的特性和产生的机理，更深入地研究和认识这些自然现象的特征与规律。例如，利用极光所产生的次声波，可以研究极光活动的规律。 （2）利用所接收到的被测声源产生的次声波，可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如，通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波，来探测出这些次声源的有关参量。 （3）预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然现象，如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等，在发生之前可能会辐射出次声波，人们就有可能利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。 （4）次声波在大气层中传播时，很容易受到大气介质的影响，它与大气层中的风和温度分布等因素有着密切的联系。因此，可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中的传播特性，探测出某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。 因此对次声波的检测显得越来越重要，鉴于次声信号的低频特点，对次声传感器的特性便有特殊要求。常见的次声波传感器有电容式、动圈式以及光纤等。目前市场上次声波检测装置基本上是采用电容式传感器，特别是驻极体电容传感器。 2.次声波的探测技术及研究现状 2.1电容式次声探测器 2010年，O.V.Achemtov的小组报道了[1]一种液体次声传感器。如图1所示就是这种传感器的基本结构。该传感器有两个联通室构成，里面封装了用于测量液位的电容器，一个测量室直接与大气相连，而另外一个则通过一根毛细管与大气相连，则当外界压力均匀时，液位在联通室的1/2处。当外界压力发生变化时， 摘要 本文综述了基于环糊精包结络合作用的大分子自组装的研究进展,包括: (1) 线型、梳型、多臂星型或超支化聚合物与环糊精或其二聚体自组装形成多聚轮烷(分子项链) 、多聚准轮烷、双多聚(准) 轮烷、分子管、双分子管、超分子凝胶及其应用; (2) 桥联环糊精与桥联客体分子自组装制备线型或超支化超分子聚合物; (3) 温度、pH 值、光及客体分子刺激响应智能体系; (4) 通过亲水性的环糊精线型均聚物与含金刚烷的疏水性聚合物之间的包结络合作用来制备高分子胶束及其空心球等。 关键词环糊精自组装包结络合 引言 环糊精(cyclodextrins , cycloamyloses , 通常简称为CDs) 是一类由D2吡喃葡萄糖单元通过α21 , 4 糖苷键首尾连接而成的大环化合物,常见的α2、β2和γ2环糊精分别有6、7 和8 个葡萄糖单元[1 ] 。其分子结构如图1 所示[2 ] 。由于每一个吡喃葡萄糖单元都是4C1椅式构象,整个分子呈截顶圆锥状腔体结构。 本文结合本课题组近期相关的研究工作,着重阐述基于环糊精包结络合作用的各种分子自组装行为。 2. CDs 包结络合作用的选择性 从本质上看, 主客体化学的基本意义源于酶和 底物间的相互作用, 这种作用常被理解为锁和匙 之间的相互匹配关系,即主体和客体分子间的构 互补和分子识别关系。显然, 作为主体的CDs 客 体分子形成包合物的一个基本要求是尺寸的匹配, 即、对体积的选择性。 一般来说,α2CD 的空腔尺寸适合包结单环芳烃(苯、苯酚等) ,也可与偶氮苯衍生物客体分子形成稳定的包结物,同时它更适合与筒状或球状客体分子。 3.自组装超分子聚合( Supramolecular Polymer) 超分子聚合物是单体单元之间经可逆的和方向 性的次价键相互作用连接而成的聚合物[31 ] 。超分 子聚合物的合成(超分子聚合) 涉及互补单体通过分 分子自组装技术的研究进展 摘要：分子自组装在生物工程、分子器件、以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年里，分子自组装装作为一种技术手段将会在新技术领域产生重大的影响。本文介绍了分子自组装技术的基本原理、影响因素、目前的研究进展以及应用，最后展望了自组装技术的前景。 关键词：分子自组装；应用 Advances in Molecule Self-assembly Technology Abstract: Molecule self-assembly technology has been widely applied in biotechnology, molecular device, and nanotechnology. As a fabrication tool, molecular self-assembly technology will become tremendously important in the coming decades. In this article, mechanism, influence factors, some research advances and application of molecule self-assembly technology are reviewed. At the end, we prospect the future of this technology. Keywords: Molecule self-assembly; application 自组装[1]（self-assembly，简称SA）是组分自主构筑成团或结构物的过程，自组装过程能使无序状态转变成有序状态。自组装技术主要分为定向自组装(Directed self-assembly)和分子自组装(Molecular self-assembly)。 分子自组装是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料，特别是现在正在得到广泛关注的自组装材料在非线性光学器件、化学生物传感器[2]、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景，受到研究者广泛的重视和研究。本文下面对分子自组装技术及研究进展进行综述。 1 分子自组装技术 分子自组装是指在热力学平衡条件下，分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间利用分子识别，相互通过分子间大量弱的非共价键作用力，自发连接成具有特定排列顺序、结构稳定的分子聚集体的过程。这里的“弱非共价键作用力” 声音是由物体振动产生的，物理学中，把每秒振动的次数称为频率。人耳能听到声音的频率范围是20Hz——20000Hz之间，高于或低于这个范围人耳都不能听见。频率高于20000Hz 的声音叫超声，超声具有能量大、沿直线传播的特点，所以在现代技术中具有广泛地应用。 我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声，此时人们向水中发出一系列不同频率的超声，然后记录与处理反射回声，从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。如果渔船载有水下超声发生器，它旋转着向各个方向发射超声，超声遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射的超声就知道鱼群的位置了．这种仪器叫做声纳．到目前为止，声纳已被广泛地应用于各种船只、舰艇和潜艇。利用它可以探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度等．根据同样的道理也可以用超声探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞或裂纹． 有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声的器官．以昆虫为食的蝙蝠，视觉很差，飞行中不断发出超声脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物．海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置．现代的无线电定位器——雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器．深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学． 利用超声焊接技术于塑胶工业上在世界各地已日趋普遍。由于应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法，从而提高了生产效率、降低了成本，并能达到完美的焊接的效果。 医学上最早利用超声是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声应用于腹部器官的探测。如今超声扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。 大分子自组装研究的进展 大分子自组装属于超分子化学与高分子化学的交叉研究领域，是研究高分子之间、高分子与小分子之间、高分子与纳米粒子之间或高分子与基底之间的相互作用，及其通过非共价键合而实现不同尺度上的规则结构的科学。自20世纪90年代起，大分子自组装就引起了国际学术界广泛的研究兴趣。除了嵌段共聚物外，人们陆续发现均聚物、齐聚物、离聚物、无规共聚物及接枝共聚物等都可作为“组装单元”，在一定条件下，通过各种弱相互作用(疏水、氢键、静电作用力等)，自发形成形态多样的超分子有序结构。自组装体形成之后，通过化学修饰的方法，可使其形态“永久”保持。目前，大分子自组装已被视为构筑具有规则结构功能性纳米材料的主要途径之一生’〕作为一种“软物质”，高分子纳米材料具有广泛的潜在应用价值，比如可用作涂料、药物输送载体、纳米反应器、污水处理剂或作为合成规整结构纳米材料的模板等〔z.;l。获得大分子自组装体的常规途径是嵌段共聚物在选择性溶剂中胶束化，该过程的驱动力来自于某一链段的疏水性。近几年来，涌现出多种多样构建大分子自组装体的新途径，大大扩展了高分子胶束化的研究领域。 1超分子体系 20世纪30年代，德国Wolf等创造了“超分子’一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系.1978年，法国fxhn等超越主客体化学的研究范畴，首次提出了“超分子化学’这一概念，他指出:“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学’，这无疑是一次重大的思想飞跃.此后经过近20多年的快速发展，超分子化学己远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴，形成了自己的独特概念和体系:如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等.在与生物、物理等其它学科的交义融合中，超分子化学己经发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高新技术的一个重要源头}s,e.以分子识别为基础、分子自组装为手段、组装体功能为口标的超分子科学体系研究的领域主要包括:超分子体系的反应J性、层状超分子自组装、界而超分子自组装、聚合物自组装、纳米超分子材料等.未来超分子体系的特征将体现为:信息性和程序性的统一，流动性和可逆性的统一，组合性和结构多样性的统一. 2分子自组装 分子自组装是自然界的一个普遍现象.许多生物大分子如DNA、病毒分子和酶等都是通过自组装过程，形成高度组织、信息化和功能化的复杂结构.在化学领域，分子自组装也是普遍存在的，如.b，体生长、液.b，形成、人工脂质双层的自发生成、金属配位化合物的合成、分子在表而上的有序排列等.分子自组装是指分子与分子之间靠非共价键作用力(包括库仑力、范德华力、疏水作用力、兀一兀堆叠作用力、氢键)形成具有一定结构和功能的聚集体的过程.该过程是自发的，不需要借助于外力}},HI.分子自组装的物理本质是永久多极矩、瞬时多极矩、诱导多极矩三者之间的相互作用.有两大类分子自组装:静态自组装和动态自组装，它们的区别主要在于是否涉及能量耗散.口前，大多数自组装的研究都集中在静态自组装.动态自组装涉及能量耗散，尚处于研究的初级阶段1I.分子自组装与定位组装不同，在定位组装过程中，人工对各个分子的安置具有相对较大的控制能力，在分子自组装中，分子的安置和排列可能跟定位组装一样重要，但是，一旦组装开始以后，其过程很大程度上由自然控制. ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 国外消声瓦的研究与应用进展 国外消声瓦的研究与应用进展现代战场上的主要矛盾已经从打击和抗打击逐步向发现和抗发现转化。 消声瓦技术是提高潜艇隐身性能,提高其战斗力和生存能力的最有效措施之一。 高性能的消声瓦不仅具有优良的吸声性能,而且具备优良的隔声性能和抑振性能,也就是说,使用消声瓦不仅能吸收敌方声纳的探测声波,也能最大限度地隔离本艇的辐射声波。 高性能的消声瓦还可用于声纳舱的非窗口舱壁,作为吸声障板,消除回波干扰和艇的辐射噪声干扰,提高声纳的探测性能。 因此对于新型消声瓦的研究,开发拥有自主知识产权、性能优越的消声瓦是提高我军潜艇战斗力和生存能力的关键。 1消声瓦技术的研究和应用情况 1.1美国消声瓦技术的研究和应用情况潜艇的声学特征控制技术是一门综合应用技术。 声隐身涂层具有阻尼作用、隔声作用、消声作用,声隐身涂层材料有隔声材料、消声材料、聚氨酯声隐身涂层。 消声瓦利用空腔将声转化为热能而被消耗,是一种较为成熟的防声纳探测涂料;但同时其施工方法、厚度、重量等缺陷,大大限制了它的应用范围,其发展趋势是采用施工简单、涂膜较薄的吸声涂料来解决。 如英、美采用 30 mm~40 mm 聚氨酯发泡材料加多孔材料制作吸 1 / 11 声涂料,吸声率可达 70% ~90%。 美国潜艇的噪声水平一直比较低, 30 多年来,噪声下降了 40 dB 左右。 如洛杉矶级核潜艇的噪声已降到 128 dB,俄亥俄级核潜艇和海狼级攻击核潜艇的噪声则降到了 120 dB 以下。 美、英、法、日等国在潜艇消声瓦技术上也处于世界前列。 美国在新建的洛杉矶级攻击型核潜艇、 SSN-21 海浪级攻击型核潜艇以及俄亥俄级弹道导弹核潜艇上全部安装了消声瓦,所用材料为丁基橡胶类。 1988 年美国在洛杉矶级攻击型核潜艇圣胡安号首次敷设了消声瓦。 这种消声瓦是由聚氨脂和玻璃纤维组成的双层铝板固定式吸声结构,单层消声瓦能降低自噪声 25 dB,双层消声瓦可降低 40 dB 左右。 其消声瓦敷设借鉴了航天飞机隔热瓦的敷设工艺。 美国还在积极开展自控系统边界层控制方面的研究,类似于前苏联的蒙皮技术,据说采用的还是聚氨脂材料,以降低本艇水动力噪声和减小水下航行阻力。 该项技术不久将在实艇进行应用,并会领先于俄罗斯。 从结构而言,美国海军使用的玻璃纤维制双层薄板消声瓦,被认为是消声瓦未来发展的一种趋势。 试验结果表明,采用网络状橡胶和薄铜板单层吸声结构,可以把 分子自组装原理及应用 毛薇莉无机专业MG0424012 【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装;自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体[2]。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性[3]。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件[4]:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种 膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 贵州民族学院2011——2012上学期民族学与社会学学院 文科物理课程论文 课程：文科物理 学院：民族学与社会学学院 专业：民族学 班级：2010级 姓名：朱绍炳 学号：20100804038 任课教师：黄金保 声音在当代社会的应用研究 朱绍炳2010级民族学 摘要：声音在我们生产生活中无处不在，对我们人类的生活影响非常大，可以说声音是我们人类社会的重要组成元素。众所周知，我们每天要获得大量的声音信息，将它们收集起来，使用时再利用某种分析方法感知、分析和判断，检索到所需要的声音。在当代社会，声音的利弊在人们的生活中发生着重要的作用，用得好就可以造福我们的生活，如不能够好好使用，就成了噪声，污染环境，对生活带来严重的负面影响。鉴于声音在我们生活中的重要地位，对声音的利用便成了我们今天迫切研究的话题。我们应该如何利用声音呢？本文做出了一定的分析研究，对不能直接利用的声音资源，我们当代社会应如何利用提出一些自己的看法和见解，希望对当代社会的发展有一定的现实意义。 关键词：声音、当代社会、利用价值 一，声的基本概述与研究背景 （一）声的基本概述 声通常指人耳能够感受到的空气振动。声波是机械波，声音不能在真空中传播，只能通过具有弹性的介质传播，它的传播过程是能量的传播过程。因此，能够以机械波的形式辐射能量的源都可以作为声源。声源向周围介质辐射能量，引起周围质点的振动，振动的质点引起相应周围介质质点的振动，声波就以这样的形式向外传播。可听声的频率范围是20Hz一20000Hz，低于20Hz的声波是次声波，高于20000Hz的声波是超声波。 根据引起介质质点振动的振源的不同，可以把声分为机械声和气动声等。机械声是指机械结构振动产生的声，气动声则指流体流动或物体在流体中运动引起流体振动产生的声。声波还可以分为横波与纵波。如果波的传播方向和质点的振动方向垂直，就是横波;如果方向相同则为纵波。声波在流体中传播的是纵波，在固体中传播有纵波也有横波1。 声场是存在声波的空间。声场中的介质可以是均匀的也可以是不均匀。介质的密度、温度随着空间位置的变化而变化，声场中的声波的传播常数、波速都将发生变化。这就是声音在晚上往往比白天传得更远的原因，白天靠近地面的空气温度高，声速快，声波的损耗就大。在大气声学中风速也会对声的传播产生影响，我们知道顺风往往比逆风传得更远，可见流体流动影响声波的传播2。 （二）研究背景 声音对当代社会的影响作用重大，特别是噪声对我们生活的负面作用突出。噪声本是一种可以利用的资源，只是因为人们对噪声没有形成利用的意识，所以噪声在现代社会中产生了严重的伤害作用。噪声是一种清洁能源，在现代社会科技的发展下，人类应该充分利用噪声资源来造福人类。声音是可以加以利用的，在当今社会，声音的利用也成为一些高科技行业的一大优势，所以我们应该好好研究一下声音的利用价值。 1，参见王治国，工程声学有限元分析理论与应用，国防工业出版社，2007年 2，参见田晓培，声波在非均匀介质中的传播，浙大硕士论文，2011年 分子自组装原理及应用 分子自组装的原理及特点： 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by –layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 分子自组装体系形成的影响因素： 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素: 1 分子识别对分子自组装的影响 分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。 2 组分对分子自组装的影响 组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(Ｔ1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(Ｔ3)分子在石磨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:Ｔ1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而Ｔ3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。 3 溶剂对分子自组装的影响 绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓次声和超声的特点及应用同步卷
分子自组装原理及应用
纳米粒子的自组装
超分子科学研究进展
次声在生物医学中的研究及应用.
浅谈超分子化学的应用及前景展望
次声的应用
次声波综述
基于环糊精包结络合作用的大分子自组装
分子自组装的研究进展
超声与次声的应用
大分子自组装研究的进展
国外消声瓦的研究与应用进展_0
分子自组装原理及应用(精)
声音在当代社会的应用研究
分子自组装原理及应用