6.分子组装
分子自组装的物理化学机制与应用
分子自组装的物理化学机制与应用分子自组装是一种自然界中广泛存在的现象，它在生物体系、材料科学、纳米技术等领域都具有重要的应用价值。
在本文中，我们将探讨分子自组装的物理化学机制以及它的一些常见应用。
一、分子自组装的物理化学机制1. 非共价键作用力分子之间的非共价键作用力，如氢键、范德华力、疏水相互作用等，是分子自组装的主要驱动力。
这些作用力可以使分子在特定条件下自发地组装成稳定的结构，实现自组装过程。
例如，氢键可以使水分子自组装成水合团簇，形成液态水。
2. 疏水效应疏水效应是一种疏水性物质在水中自组装形成有序结构的现象。
当疏水性物质与水相接触时，水分子倾向于形成有序的氢键网络，将疏水性分子排斥到一起，从而形成自组装的有序结构。
疏水效应在生物体系中起到重要作用，如脂质双层结构的形成。
3. 构型选择性某些分子自组装过程中会倾向于形成特定的构型，这种构型选择性可以通过分子的结构和物理性质来调控。
例如，手性分子自组装成手性结构，形成立体异构体。
这种构型选择性常常通过非共价键作用力和空间约束来实现。
二、分子自组装的应用1. 纳米材料合成分子自组装可以用于纳米材料的合成。
通过控制分子之间的相互作用力和条件，可以使分子自组装成具有特定形貌和尺寸的纳米结构，如纳米颗粒、纳米棒等。
这些纳米结构具有独特的光、电、磁等性质，具有广泛的应用前景，如催化剂、传感器、光电材料等。
2. 药物输送系统分子自组装可以用于构建药物输送系统。
通过将药物分子与自组装载体相结合，可以实现药物的包裹和控释。
自组装载体的表面性质和结构可以调控药物的释放速率和靶向性，提高药物的疗效和减少副作用。
这为药物传递和治疗提供了新的解决方案。
3. 生物传感器分子自组装可以用于构建生物传感器。
通过将生物识别分子自组装到传感器表面，可以实现对特定生物分子的高灵敏检测。
自组装的结构可以提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性，为生物医学和环境监测等领域提供了有效的工具。
超分子化学与分子组装
超分子化学与分子组装超分子化学是一门研究分子之间相互作用及其组装形成功能性结构的学科，其研究对象为具有特殊性质和功能的超分子体系。
分子组装则是超分子化学中一个重要的概念，指的是分子通过非共价相互作用而形成的有序结构。
超分子化学与分子组装的研究在纳米科学、材料科学、生物科学等领域有着广泛的应用和重要意义。
1. 超分子化学的概念及发展历程超分子化学是20世纪60年代兴起的一门交叉学科，主要研究分子之间通过非共价相互作用组装形成有序结构的原理和方法。
随着化学合成、分析技术的不断发展，超分子化学的研究不断深入，涌现出许多具有重要科学意义和应用价值的新领域和新概念。
2. 分子组装的基本原理及方法分子组装的基本原理是分子之间通过非共价相互作用，如氢键、范德华力、离子相互作用等，形成有序的结构。
在分子组装研究中，常用的方法包括溶液组装、固体表面组装、自组装等。
通过合理设计和控制非共价相互作用的强弱、方向和空间排列，可以实现分子组装的精确控制，从而获得具有特定性质和功能的超分子体系。
3. 超分子化学在材料科学中的应用超分子化学在材料科学中有着广泛的应用，特别是在纳米材料的合成、功能性材料的设计与制备等方面。
通过合理选择或设计适当的分子，利用超分子化学的原理和方法，可以实现材料的精确控制和功能调控。
例如，通过分子自组装方法可以制备出具有特定孔径和孔壁功能的介孔材料、功能性纳米粒子等。
4. 超分子化学在生物科学中的应用超分子化学在生物科学中也有着重要的应用，例如在药物传递、生物传感等方面。
通过合理设计具有特定结构和性质的超分子体系，可以实现药物的靶向传递和释放，提高药物的疗效和减轻副作用。
同时，超分子化学的原理和方法还可以用于构建高灵敏度的生物传感器，实现对生物分子的检测和分析。
5. 超分子化学的发展趋势和挑战随着科学技术的不断进步和应用需求的不断增加，超分子化学的研究将面临一系列挑战和机遇。
在材料科学中，如何实现超分子材料的可控合成和大规模制备是一个重要的问题。
利用分子动力学模拟研究聚合物分子的自组装行为
利用分子动力学模拟研究聚合物分子的自组装行为引言随着现代科技的不断发展，分子动力学模拟技术被广泛应用于材料科学、物理化学、生物医学等领域的研究中。
特别是在材料科学领域，分子动力学模拟技术已经成为设计新材料和研究材料热力学性质的重要工具。
其中，聚合物材料是重要的功能材料，在晶态聚合物和无定形聚合物的基础上，分子动力学模拟技术被广泛应用于研究聚合物分子的自组装行为。
正文一、聚合物分子的自组装行为研究聚合物是由许多单体分子聚集而成的高分子化合物。
聚合物材料常用于制备管道、涂层和产生各种材料工程应用。
在聚合物分子的自组装行为研究方面，分子动力学模拟技术是一种常用的研究手段。
相比于传统实验方法，使用分子动力学模拟技术可以更加直观地解释分子之间的相互作用力，同时还能够模拟非常小的时间和空间尺度的动力学行为。
聚合牌分子的自组装行为研究通常涉及到材料结构和材料性质的研究。
二、分子动力学模拟技术优势1. 模拟结果可靠分子动力学模拟技术是基于经典物理学的理论模型，可以从微观层面直接模拟大分子中的原子和分子运动。
由于分子动力学模拟并不需要进行样品制备和操作，具有可以控制的实验变量和可重复性，在许多领域都能够产生精确而可靠的结果。
2. 对材料结构的解释力强分子动力学模拟技术可以更好地模拟分子的运动，了解材料的基本结构和性质。
在聚合物分子的自组装行为研究方面，分子动力学模拟可以模拟聚合物链的折叠和嵌套、不同聚合物分子的聚集行为等结构特性，从而可以精确解释聚合物分子的自组装行为。
3. 为优化材料性质提供参考使用分子动力学模拟技术可以精确地模拟运动粒子在不同温度和压力下的运动方式，对材料性质进行分析。
同时，对聚合物分子的自组装行为进行模拟，可以帮助研究者了解物质在原子和分子水平上产生的力学和化学变化。
分子动力学模拟技术为优化聚合物材料的特性和性能提供了重要的参考。
三、分子动力学模拟技术的应用1. 材料设计与研究分子动力学模拟技术可以用于材料设计和研究中，为材料制备和组装提供重要的指导。
分子组装
树枝状化合物
定义 具有树枝状结构的有机分子。由一 个核出发，经过有限次的重复以后 得到的像树一样的分子。
树状化合物组成：
1、内核； 2、桥联层，即重复单位，重复一次称为一“代• • • • • 1、精确的分子结构 2、高度的几何对称性 3、大量的官能团 4、分子内有内腔 5、分子量具有可控性 6、分子本身具有纳米尺寸
树枝状分子的合成
• 1、 收敛法：从树枝形聚合物的外层出发，由外向内逐步收 敛的合成方法
• 2、 发散法：从树枝形聚合物的中心核开始，由内向外的扩 散合成方法
树枝状化合物的应用
• 将金属催化剂接到树状化合物表面。 优势和特点： 1、催化反应活性位点多，提高催化反应速率 2、结构确定、可调 3、可溶：有利于回收
分子组装
分子组装
分子组装一般是通过自组装、自组织、模版效应等方式来 实现的。 1、自组装：由多个组分自发形成有限或无限的分子有序 体 2、自组织：一组相互交叉有序的自组装过程 3、模板效应：在早期冠醚化合物的合成过程中发现的， 是指根据相应冠醚的腔孔大小，选用合适的金属离子作 为模板剂，有利于合成大环冠醚化合物的效应。
简介
类似于沸石结构具有一定内部空间的分子化 合物.这些化合物由于具有内部空间大小、环境 （疏水性、极性等）可以人为调节等特点而具 有潜在的应用价值！
• 目前，含有金属离子笼状化合物的构筑方法
主要是以合适的有机配体为间隔基团一定配位
构型的金属离子或配位不饱和的配合物作为连 接基团进行组装反应来得到。 • 笼状化合物是一个封闭的独立的分子，作为 构筑笼状化合物的结构单元必须要有合适的拐 角，而且相互之间必须匹配，才能形成稳定的 笼状化合物。
索烃型化合物
索烃型化合物：
分子自组装及其在纳米技术中的应用
分子自组装及其在纳米技术中的应用随着纳米技术的发展，分子自组装技术越来越被广泛应用。
分子自组装是指由分子之间的相互作用自然而然地形成的有序结构。
它是一种非常重要的自组装技术，常用于制备具有特定形态、尺寸和性质的纳米材料。
本文将探讨分子自组装的原理及其在纳米技术中的应用。
一、分子自组装的原理分子自组装是由分子之间的相互作用导致的。
分子之间的相互作用包括范德华力、静电相互作用、氢键、配位作用和疏水作用等。
这些相互作用可以使分子形成特定的排列方式，形成有序的结构。
分子自组装的过程通常分为三步：吸附、扩散和刚化。
吸附阶段是指分子在固体表面吸附的过程；扩散阶段是指分子在表面扩散的过程；刚化阶段是指分子在表面形成有序结构的过程。
这些阶段的重要性不同，控制好吸附和扩散过程是制备具有特定形态、尺寸和性质的纳米材料的关键。
二、分子自组装在纳米技术中的应用分子自组装技术可以被广泛应用于纳米技术的各个领域。
下面将详细介绍一些应用。
1. 纳米材料的制备分子自组装技术在制备纳米材料方面具有广泛的应用前景。
它可以用来制备各种形态的纳米材料，比如纳米颗粒、纳米片、纳米管和纳米线等。
通过控制分子自组装的过程，可以实现纳米材料的形态和尺寸的定向控制，进而调控其性质。
这对制备高性能的纳米电子器件和纳米生物材料具有极大的意义。
2. 纳米模板的制备分子自组装技术还可以用于制备纳米模板。
纳米模板是纳米制备过程中非常重要的一环，它可以作为制备纳米材料的基础。
分子自组装技术可以制备出具有亚纳米级别阵列的规则结构，利用这种规则结构可以制备具有复杂形态的纳米材料。
3. 纳米电子器件的制备和应用分子自组装技术还可以应用于纳米电子器件的制备和应用。
利用分子自组装技术构建纳米器件，可以大大降低制备纳米器件的成本，同时，还可以实现非常高的精度和灵活性。
纳米电子器件应用于生物传感、纳米筛选、环境监测和纳米电力等领域，取得了很好的应用效果。
4. 纳米生物材料的制备和应用分子自组装技术还可以应用于纳米生物材料的制备和应用。
超分子化学和自组装
超分子化学和自组装超分子化学是一门研究分子之间相互作用及其在构建高级结构和功能的化学领域。
自组装是其中的一个重要概念，指分子通过自身相互作用而形成特定结构的过程。
本文将探讨超分子化学和自组装的基本概念、应用以及未来发展前景。
一、超分子化学的基本概念超分子化学是对分子间非共价相互作用的研究，这些非共价相互作用包括氢键、范德华力、静电相互作用等。
通过这些相互作用，分子可以形成各种复杂的结构，如包结构、螺旋结构、层状结构等。
超分子化学将这些有机分子组装成功能更强大、结构更稳定的超分子结构。
二、自组装的基本原理自组装是超分子化学中的一种重要现象，指分子在特定条件下通过非共价相互作用自发地形成特殊结构的过程。
自组装可以发生在溶液中、固体表面上甚至是气相中。
它可以分为两种类型：均相自组装和异相自组装。
均相自组装发生在单一溶剂中，而异相自组装则涉及两个或多个不相溶的相。
三、超分子化学的应用超分子化学在材料科学、生物学、医药领域等都有广泛的应用。
1. 材料科学超分子材料具有结构多样性、功能多样性和可调控性，因此在材料科学领域有着广泛的应用。
通过控制超分子自组装过程，可以构筑具有特定性质的材料，如液晶、聚合物、金属有机框架（MOF）等。
这些材料具有优异的光学、电学、磁学等特性，可用于制备柔性显示器、传感器、高效催化剂等。
2. 生物学超分子化学在生物学领域的应用主要集中在生物传感和药物传递方面。
通过基于超分子自组装的生物传感技术，可以实现对生物分子的高灵敏度检测，如蛋白质、DNA等。
另外，超分子自组装还可以用于药物的控释和靶向传递，提高药物治疗效果并减少副作用。
四、超分子化学的未来发展前景当前，超分子化学在各个领域都受到了广泛的关注，但许多挑战和机遇仍然存在。
1. 新型功能材料的设计和合成未来的超分子化学将继续致力于设计和合成更加智能和高效的功能材料。
通过精确控制分子之间的相互作用，可以实现更精确的材料性能调控，并推动材料科学的发展。
分子自组装原理及应用
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[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)。
超分子组装汇总课件
目录
• 超分子组装概述 • 超分子组装的基本原理 • 超分子组装的应用领域 • 超分子组装的实验技术 • 超分子组装的挑战与前景 • 超分子组装研究展望
01
超分子组装概述
定义与特点
定义
超分子组装是指通过非共价键相互作 用，将分子或分子聚集体自组装成有 序结构的过程。
特点
超分子组装具有自发性和动态性，能 够形成复杂的组装体，具有多种多样 的组装模式和结构形态。
超分子组装的重要性
揭示生命现象
分子机器与纳米机器
超分子组装在生命体系中发挥着关键 作用，如蛋白质、DNA等分子的自组 装，有助于揭示生命现象的本质。
通过超分子组装，可以构建分子机器 和纳米机器，实现微观尺度上的精确 控制和操作。
合成材料设计
超分子组装可用于合成新型功能材料 ，如传感器、催化剂、药物载体等， 具有广阔的应用前景。
超分子结构的稳定性是超分子组 装的重要特征之一，指超分子结 构在一定条件下保持稳定的能力
。
超分子结构的稳定性取决于多种 因素，如相互作用基团的性质、 组装体的几何构型、溶剂环境等
。
提高超分子结构的稳定性是超分 子组装研究的重要方向之一，有 助于拓展超分子材料的应用领域
。
03
超分子组装的应用领域
药物传递与控制释放
详细描述
超分子组装在药物传递、生物成像、能源转换和存储 等领域具有广泛的应用前景。未来随着超分子组装技 术的不断发展和完善，其应用领域将进一步拓展，为 人类社会的发展带来更多的机遇和挑战。
THANK YOU
感谢各位观看
催化与能源领域
催化反应的调控
超分子组装体可以用于催化反应的调 控，通过改变组装体的结构和组成， 实现对催化反应的调控和优化。
化学中的超分子自组装
化学中的超分子自组装超分子自组装是化学领域中的一个重要概念。
它指的是由若干个分子通过非共价相互作用而形成的具有一定稳定性、大小可控的结构体系。
超分子自组装在生命科学、纳米材料、催化剂等领域都有着广泛应用。
下面将从超分子自组装的原理、应用以及研究进展三个方面对其进行探讨。
一、超分子自组装的原理超分子自组装是通过分子间的非共价相互作用来实现的。
例如，分子与分子之间的氢键、范德华力、离子对等作用可以促进分子之间的聚集，从而形成超分子结构。
在超分子自组装中，分子的性质、大小、形态和化学键等都可以影响组装结构的形成和性质。
此外，环境因素，如温度和溶液浓度等，也可以影响超分子自组装的过程和结构。
二、超分子自组装的应用超分子自组装在生命科学中有着广泛的应用，例如蛋白质结构的解析、药物传递、基因治疗等。
其中，核酸的自组装是一种重要的生物现象，已被广泛应用于基因工程和基因治疗领域中。
另外，超分子自组装还可以用于纳米材料的制备和催化剂的设计。
通过对分子的选择和组装方式的调整，可以创建具有特定形状和特定性质的分子集体，从而实现纳米制造的控制和催化剂的高效率。
三、超分子自组装的研究进展超分子自组装是一种非常活跃的研究领域。
目前，研究人员主要关注于超分子结构的形成机制及其影响因素。
例如，在超分子结构设计中，研究人员调整化学结构和配位体环境，进一步探索分子交互作用和性质对结构的影响。
此外，研究人员还致力于研究超分子自组装在化学反应中的应用，探索其在催化反应中的有效性和能量转化效率。
随着材料科学和生命科学等领域的不断发展，超分子自组装的研究也将越来越深入。
总之，超分子自组装是一个重要的化学概念，它的研究对于生命科学、纳米材料和催化剂等领域具有重要的意义。
通过对超分子自组装的研究和应用，可以进一步推进材料科学和化学的发展，为人类社会的发展做出更大的贡献。
配位化学-研究生版智慧树知到答案章节测试2023年兰州大学
第一章测试1.配位化学发展史上最早见于记录的配合物是（）A:大环配合物B:普鲁士蓝KCN.Fe(CN)2.Fe(CN)3C:二茂铁D:蔡氏盐答案:B2.配位化学发展史上标志着配位化学研究的开始的配合物是（）A:二茂铁B:蔡氏盐C:CoCl3.6NH3D:大环配合物答案:C3.提出超分子化学概念的是（）A:维尔纳B:莱恩C:道尔顿D:鲍林答案:B4.配位化学是无机化学的一个重要分支学科。
它研究的对象是配合物。
A:错B:对答案:B5.分子间弱相互作用与分子组装的化学称为超分子化学，它的基础是分子识别。
A:对B:错答案:A第二章测试1.C6H6是σ 配体、π 配体、还是π 酸配体？A:π 酸配体B:π 配体C:σ 配体D:都不是答案:B2.根据配体的成键方式，判断下列配合物中有几类配体？A:2B:4C:3D:1答案:C3.[Pt(NH3)2BrCl]有几种几何异构体？A:1B:3C:2D:4答案:C4.氨水溶液不能装在铜制容器中，其原因是发生配位反应，生成[Cu(NH3)2]+，使铜溶解。
A:错B:对答案:B5.外轨型配离子磁矩大，内轨型配合物磁矩小。
A:错B:对答案:B第三章测试1.在六氨合钴配离子[Co(NH3)6]3+中，中心离子的t2g轨道是 ( )A:不存在B:非键分子轨道C:反键分子轨道D:成键分子轨道答案:B2.某金属离子在八面体强场中的磁矩为2.83BM，在八面体弱场中为4.90BM，则该金属离子可能为（）A:Mn3+B:Fe3+C:Ni2+D:Co2+答案:A3.DFT使用什么来描述和确定体系性质（）A:体系波函数B:电负性C:密度泛函答案:C4.中心原子的dxy、dyz、dzx轨道可以与配体的下列哪种群轨道对应组合（）A:t2uB:t1g、t1uC:t2g答案:C5.对于晶体场引起的轨道能级分裂，只用群论就能确定（）A:分裂形式和简并度B:能级相对高低C:晶体场分裂能的大小答案:A第四章测试1.原位合成时所加入的配体发生变化生成了新的配体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米管作为模板用于聚合反应的场所，可 合成“分子导线”或“分子线圈” 德国帕德博恩大学的哥特哈德等人制备出 C2F纳米螺旋管，并研究了不同结构的C2F 纳米螺旋管的电学性质，覆盖了绝缘体、 半导体到导体的范围
图11-8 C2F纳米螺旋管 纳米螺旋管 黑色－sp2杂化碳原子； 灰黑色－氟化绝缘链； 浅灰－ sp3杂化碳原子
LB膜质量的影响因素 影响因素
温度 pH值 表面压力 沉积速度 衬底的处理 试剂的纯度 实验室的防尘、防震
LB 膜 的 应 用
电子束刻蚀用的LB膜 LB膜润滑层 LB膜超薄绝缘层 光电转换LB膜 气敏LB膜 以LB膜为模板的纳米结构制备技术
2. 分子自组装技术
分子自组装: 分子自组装:在平衡的条件下，通过化学键或非 化学键相互作用，自发地缔合形成性能稳定的、 结构完整的二维或三维超分子的过程 主要包括: 主要包括: 基于化学吸附的自组装膜技术(SA) 基于物理吸附的离子自组装膜技术(ISAM) 基于分子识别的超分子合成技术
1. LB 膜 技 术
美国科学家兰格缪耳(1angmuir)在1917年系统研究了气－ 液界面膜，测定比较了众多化合物的分子面积和膜厚，证 实了该界面膜的厚度相当于一个分子的长度 20世纪30年代，布罗杰特(Blodgett)首次将长链羧酸单层 膜转移到固态基片上形成了多层膜，即LB膜，实现了分子 LB膜 LB 的超薄有序组装 某些有机物质放于水的表面上时，在空气与水的界面上具 有形成一个分子厚度的薄膜的能力 这类物质(硬脂酸)的共性在于它们都是双亲分子，即分子 的一端亲油，一端亲水
LB 膜 技 术 方 法
先将双亲分子在水面上形成有序的紧密单 分子层膜，再利用端基的水亲水、油亲油作 用将单层膜转移到固体基片上 由于基片与分子之间的吸附作用，单分子 层就沉积在固体基片上 如果固体基片反复地进出水面就可形成多层 膜(多达500层)
LB 膜 的 形 成 过 程
随沉积过程的不同， 所形成膜的结构则 有x、y、z三种类 型 y型结构是在基片 每次进出水面都有 膜沉积上去，亲水 端与亲水端相连， 亲油端与亲油端相 连；x型是基片插 入水面时有膜沉积； 反之，则是z型
机电分子开关器件不像分子量子效应开 关器件那样，仅仅是微电子晶体管的类似物。 它们由一个畸变的或重新定向的分子，而不 是到处移动的电子控制，输入甚至可以是机 械的，不是电的，就像所有其他开关一样， 能够开启或切断两线之间的电流
单分子电机械放大器
法国科学家雅克姆(Joachim)和吉姆勒斯克 (Gimzewski)已能够把一个“巴基球”放在STM 触点和导电衬底之间，然后测量通过“巴基球” 的电导 通过在STM触点上增加压力，使“巴基球”畸 变，并调整电导使之处于谐振和停止谐振状态， 非谐振下电流减小50% 改变碳压槽锤的强度和弹性的大小，该畸变是 可逆的
给体/桥/受体系统，乙啶为给体，桥为DNA，受体为Rh的配合物 有机荧光染料乙啶代替(Ru(phen)2dppz)2＋作为电子给 体共价键合到不同长度的寡聚核苷酸双链上 超高速光谱方法测定了 DNA内的电子转移速率，当给体 和受体间距离在1.7~3.6nm变化时，电子传递速率只有微弱变化
硫醇分子导线
分子导电性
美国宾州大学特勒 发明的分子导线结构。 利用它验证了单个分子 的导电性。导电分子的 一端吸附在金表面，而 STM的触点被用作电路的 另一个电极。 分子导线结构两端 的硫醇功能性基团与金 表面吸附完好，并且起 着“弹簧夹”的作用， 使分子电子单元与金属 衬底接触
特勒发明的分子导线结构
分子导线的特点
三 种 形 式 的 LB 膜
LB 膜 特 点
成膜所需的能量小 LB膜具有高度的各向异性层状结构，分子具有规 则的排列和取向 LB膜的单分子层的厚度基本等于一个分子的纵向 长度(20～30Ǻ ) 在沉积过程中可通过改变疏水长链的碳氢基团的 数目或通过插入离子等手段，使膜厚可精确控制 到数埃，实现十分精确的人工组装
DNA 电子传递特性
1988年美国加利福尼亚大学贝克曼分校的巴通 (J．K．Barton)小组发现DNA可以加速金属配合 物间的电子转移，并考虑了DNA长程电子传递的 可能性 长程电子传递是指电子给体和受体间隔一定距 长程电子传递 离(通常大于1nm)，经过介质进行的电子传递
DNA内电子转移研究 内电子转移研究
基于化学吸附的自组装膜技术
将有某种表面物质的基片浸入到待组装分子的溶液 或气氛中，待组装分子一端的反应基(头基)与基片 表面发生自动连续的化学反应，在基片表面形成化 学键连接的二维有序单层膜(同层内分子间的作用 力仍为范德华力) 如单层膜表面也有具有某种反应活性的活性基，则 又可以和别的物质反应，如此重复，就构建成同质 或异质的多层膜
图11-9
C2F纳米螺旋管的结构 纳米螺旋管的结构
(a)规则排列的乙烯单体； (b)聚乙炔螺旋链； (c)平行聚乙炔链
DNA 分子 导 线
DNA主要存在于细胞核内，是遗传信息的携带者。它由 磷酸和β-脱氧核苷酸构成的主链所固定的4种核酸碱基 (鸟嘌吟G，胞嘧啶C，腺嘌吟A，胸腺嘧啶T)构成 G和C、A和T通过氢键互相配对，按特定的顺序构成两条 多核苷酸链，组装成双螺旋结构 DNA不仅在生物体内存储和传递遗传信息，而且DNA独特 的双螺旋结构使DNA可以通过DNA碱基堆积进行电子传递， 有望成为良好的分子导线
盘状液晶型分子导线 盘状液晶型分子导线
1991年，英国学者鲍顿等提出利用盘状液晶材料作为分 子导线 三亚苯基环类盘状液晶：在六取代三亚苯基环类分子结 构中，三个亚苯基外侧均由有良好绝缘性能的脂肪链环 绕，盘状液晶分子在外电场作用下有着特殊的分子排列 根据无机半导体导电原理，将少量具有缺电子空轨道的 分子掺入到盘状液晶分子中，使具有共轭体系的三亚苯 基环中心出现正电性空穴；再沿三亚苯基环中心轴线方 向施加一定的电压，环内电子就可作定向移动，成为分 子导线
a. 微细加工的微米间隙电极
b. 纳米间隙的电极
微纳米间隙结构的电极
基于物理吸附的离子自组装技术
1991年由美国密歇根州立大学的戴彻尔 (Decher)等人首先提出来的，是将表面带负电荷 的基片浸入阳离子聚电解质溶液中，由于静电吸 引，阳离子聚电解质吸附到基片表面，使基片表 面带正电，然后将表面带正电荷的基片再浸入阴 离子聚电解质溶液中，如此重复，即成多层聚电 解质自组装膜
各种分子沉积膜示意图
基于分子识别的超分子合成技术
分子识别：某给定受体对作用物或给体选择性结合 分子识别 并产生某种特定功能的过程 分子间有几何尺寸、形状上的相互识别 分子对氢键、π-π相互作用等非共价相互作用的识别 超分子合成技术：在平衡条件下，分子间通过弱的、 超分子合成技术 可逆的非共价相互作用(主要是疏水亲水作用力、 范德华力、静电引力、氢键)自发组合形成的一类 结构明确、稳定、具有某种特定功能或性能的超分 子聚集体的技术。分子晶体、液晶、胶束、三维骨 架均可由此制备
分子导线展开的重复结构(乙炔链连接的一系列 类苯环)的一端通过键与另一端连接，这些键包 含许多位于结构平面之上和之下的π电子 π电子的轨道或轨道云彼此共轭，相互作用，在 分子导线的整个长度上形成一个独立的大π轨道 而允许电子流动
分子导线必要条件
能导电 具有确定长度 含有能够与系统功能单元连接的端点 允许在其连接端点进行氧化还原反应 导线必须与周围绝缘
离子自组装技术特点
沉积过程或膜结构进行分子级控制 可以仿真生物膜的形成 层与层之间强烈的静电作用力，使膜的稳 定性极好，试验重复性好 实现膜的光、电、磁、非线性光学性能的 功能化
吉林大学沈家骢院士领导的课题组组装了一 种聚电解质与双阳离子交替膜
在离子化表面引入能诱导产生相反离子的微粒，如酶、半 导体微粒等，形成复合的有序膜，由此发展了一种固定化 酶的新技术与复合超微粒的薄膜技术，并且成功地尝试了 无脂链卟啉、酞菁与双阳离子的组装，进而实现了卟啉／ 酞菁交替膜---“分子沉积膜” “分子沉积膜”
自组装膜主要特征
原位自发形成 热力学性质稳定 无论基底形状如何，其表面均可形成均 匀一致的覆盖层 高密度堆积和低缺陷浓度 分子有序排列 可人为设计分子结构和表面结构来获得 预期的界面物理和化学性质 有机合成和制膜有很大的灵活性
LB膜与SA膜的异同点
LB膜和SA膜均为分子的超薄膜组装 SA膜成膜技术不但具有LB膜精确地控制膜厚的优点，且设备 简单、操作方便，适于制备大面积的薄膜器件 SA膜完美地解决了功能材料与基板电极之间的接界问题，膜 接触牢固，结构稳定 功能分子通过自组装成膜能形成具有特定功能的组件，而不 同的组件又能通过自组装技术，组装成各种超薄的微型电子 器件 大多数有序纳米结构材料与器件都是用自组装技术来制备
纳米组装技术 ----------分子纳米技术
分子组装技术 分子导线 分子开关器件与原理
一、分子组装技术
分子组装技术:将具有一定功能的分子(包括生 分子组装技术 物分子)在分子或超分子尺度范围内，通过物理 或化学的方法聚集成稳定的有序体系的技术 主要包括: 主要包括 LB膜(langmuir-blodgett)技术 分子自组装(molecular self-assembly)技术 分子束外延(molecular beam epitaxy)技术
原子中继
日本日立公司的研究者模拟了一个原子尺度的 两态电子开关，它被命名为“原子中继” 该器件的含义与分子梭式开关有些类似。在原 子中继中，没有牢固地与衬底接触的一个移动原 子可在两端之间来回运动。原子中继由在衬底上 精细构图的原子线制成。 日立公司建立的模型表明，这样的一根线或 “原子线”能传导小电流
这种技术不仅仅是带有相反电荷的聚电解质的组装，而且 是一种新的构造有序分子膜的有效方法
(a)聚合物／微粒分子沉积膜；
(b) 卟啉(酞菁)／双阳离子分子沉积膜;
(c)刚性卟啉／酞菁分子沉积膜； (d) 准对称聚电解质／双阳离子分子沉积膜; (e)准不对称聚电解质／双阳离子分子沉积膜； (f) 复合单酶分子沉积膜； (g) 复合双酶分子沉积膜； (h) 双阳离子／微粒分子沉积膜