纳米粒子的自组装
纳米颗粒的自组装技术及其应用研究
纳米颗粒的自组装技术及其应用研究纳米颗粒是指具有尺寸在1至100纳米的微小颗粒，由于其具有特殊的物理、化学和生物学性质，广泛应用于生物医学、能源、环境、材料等领域。
其中，自组装技术是一种重要的制备纳米颗粒的方法，它通过物理或化学手段，将纳米颗粒自发地组装成复杂的结构，从而实现对纳米材料的精细控制。
本文将介绍自组装技术的基本原理和应用研究进展。
一、自组装技术的基本原理及分类自组装技术是一种靠自然力量实现物质有序组装的方法，其基本原理是利用分子间的相互作用，使颗粒自发地组成具有稳定形态的结构。
根据自组装形成的物质结构，可以将其分为两类：一类是线性组装，即颗粒自发地沿着一定的方向排列成直线或链状结构；另一类是二维或三维组装，即颗粒自发地组成平面或立体结构。
其中，二维或三维组装是纳米颗粒自组装技术的核心研究方向，因其具有更多的应用前景。
二、纳米颗粒自组装技术的应用研究进展近年来，纳米颗粒自组装技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下将分别从生物医学、能源、环境、材料等方面介绍其应用研究进展。
1. 生物医学领域纳米颗粒自组装技术在生物医学领域的应用主要包括智能控制药物释放、癌症细胞靶向检测、基因传递等方面。
例如，科学家们利用自组装技术制备出了可以迅速响应环境变化而释放药物的智能纳米粒子，可以更好地缓解患者痛苦；同时，利用自组装技术制备的靶向纳米颗粒可以将药物精确地传递到癌症细胞，发挥更好的治疗效果。
此外，自组装技术也被应用于制备具有明确目的的基因材料，从而更好地实现基因传递。
2. 能源领域纳米颗粒自组装技术在能源领域的应用主要和储能材料、太阳能电池、催化剂有关。
利用自组装技术制备的储能材料可以提高储能的效率，延长其使用寿命；而利用纳米颗粒自组装技术制备的太阳能电池可以提高电池的转换效率，具有非常广阔的应用前景。
此外，纳米颗粒自组装技术还可以制备出更为高效的催化剂，促进反应速率，开发新的清洁能源技术。
3. 环境领域纳米颗粒自组装技术在环境领域的应用主要和环境修复、环境检测等有关。
纳米颗粒自组装技术方案
Langmuir, 2007, 23, 5757-5760.
无模板法
NPs的无模板定向自组 装(Template-free DLS)： 通常采用刺激响应型分 子作为NPs的保护剂， 在受到环境刺激(如pH 、温度、光照、离子强 度等)时，修饰分子会作 出响应，带动NPs自组 装成相应的结构。
Fig 2. Schematic representation of template-free assemblies based on different stimuli-responsive
different aspect ratios.
Langmuir, 2008, 24:5233-5237.
然而在液相中，金属NPs的相互作用较弱且形式单一，难以定向自组装。所
以通常采用修饰法或施加外场，增强对金属NPs的定向调控能力。
分离是强化定向迁移和减小非定向扩散的过程
Table 1. Interactions potentials
of a region within the drop contact line, taken, for suspensions of spheres (a), ellipsoids (b), and
ellipsoids mixed with surfactant (SDS; 0.2 wt%) (c). Spheres pack closely at the contact line. Confocal
Adv. Funct. Mater., 2009, 19, 3271–3278.
其它物理组装法
• 自然沉降法：适用于300~550nm之间的纳米颗粒，不至于太轻太重。简单但不 可控，有序度不高；
• 旋涂法：利用离心力替代重力。离心力过大易出现裂痕，离心力太小容易多 层堆叠；
纳米颗粒自组装原理及应用展望
纳米颗粒自组装原理及应用展望摘要：纳米颗粒自组装是一种基于纳米颗粒自发地排列和组合形成各种结构的技术，其原理可通过不同的力驱动。
本文将介绍纳米颗粒自组装的原理，涉及到的力包括范德华力、电荷相互作用力、磁性力以及表面张力等。
此外，本文还将展望纳米颗粒自组装在材料科学、药物传递和生物传感器等领域的应用前景。
1. 引言纳米颗粒自组装是一种通过纳米颗粒自行排列和组合形成特定结构的现象。
纳米颗粒具有大量的特殊性质，如尺寸效应、表面效应和量子效应，这些特性使得纳米颗粒在多个领域拥有广泛应用。
纳米颗粒自组装作为一种用于在纳米尺度上构建结构和功能的方法，引起了广泛的关注。
本文将讨论纳米颗粒自组装的原理以及其在材料科学、药物传递和生物传感器等领域的应用前景。
2. 纳米颗粒自组装的原理2.1 范德华力范德华力是一种分子之间的吸引力，可用于纳米颗粒之间的自组装。
纳米颗粒表面上的分子之间会发生范德华力的相互作用，使得纳米颗粒倾向于彼此靠近，并形成有序结构。
这种力的强度取决于颗粒间的距离和其表面性质。
2.2 电荷相互作用力纳米颗粒表面可能带有正电荷或负电荷，这些电荷之间的相互作用力也可以推动纳米颗粒的自组装。
相同电荷的纳米颗粒会互相排斥，而不同电荷的纳米颗粒会相互吸引。
通过调节纳米颗粒表面的电荷性质，可以实现不同的自组装结构。
2.3 磁性力带有磁性的纳米颗粒可以通过外部磁场的作用而定向自组装。
当外部磁场施加在含有磁性纳米颗粒的溶液中时，纳米颗粒将受到磁力的影响而排列成特定的结构。
2.4 表面张力表面张力是液体界面上的一种力，可用于驱动纳米颗粒的自组装。
当纳米颗粒浸入液体中时，液体的表面张力将使得纳米颗粒自发地排列和组装成稳定的结构。
3. 纳米颗粒自组装的应用展望3.1 材料科学纳米颗粒自组装可用于构建具有精确结构和特定功能的材料。
通过调节纳米颗粒之间的相互作用力，可以控制自组装过程中的结构和形状。
这种方法可以应用于构建高效的催化剂、光电材料和传感器等，为材料科学领域的研究和应用提供新的途径。
纳米颗粒自组装模型与算法概述
纳米颗粒自组装模型与算法概述在过去的几十年里，纳米技术在各领域取得了巨大的进展和成果。
作为纳米材料的重要组成部分，纳米颗粒在材料科学、生物医学和能源领域等方面具有广阔的应用前景。
纳米颗粒的自组装是一种重要的技术，可以用于制备具有特定结构和功能的纳米材料。
本文将概述纳米颗粒自组装的模型和算法。
自组装是自然界广泛存在的一种现象，例如水分子的自组装形成了水晶结构，DNA分子的自组装形成了双螺旋结构。
借鉴自然界的自组装原理，研究者开发了许多纳米颗粒自组装的模型和算法，用于控制和设计纳米颗粒的组装过程。
这些模型和算法的研究不仅丰富了纳米颗粒自组装的理论基础，还为纳米材料的制备和应用提供了新思路和方法。
纳米颗粒的自组装模型可以分为两类：静态模型和动态模型。
静态模型主要研究纳米颗粒在给定条件下的排列组合，而动态模型则考虑了颗粒之间的相互作用和运动。
静态模型可以通过数学方法进行描述和计算，例如晶格模型、排列组合模型和统计力学模型等。
动态模型则需要考虑粒子之间的相互作用力和运动方式，例如分子动力学模拟和涂覆模型等。
晶格模型是一种常用的纳米颗粒自组装模型，它通过定义晶格的结构和排列方式来描述颗粒的组装过程。
晶格模型可以用于研究颗粒的排列和分布规律，以及相变和相分离等现象。
排列组合模型则是一种基于概率统计原理的模型，用于预测和计算不同颗粒排列组合方式的概率和能量。
统计力学模型结合了热力学和统计学的方法，可以用于研究纳米颗粒自组装的稳定性和相变等物理过程。
与静态模型不同，动态模型考虑了颗粒之间的相互作用和运动方式。
分子动力学模拟是一种常用的动态模型，它通过模拟颗粒之间的相互作用力和运动方式，来研究纳米颗粒的自组装过程。
涂覆模型是一种基于颗粒涂覆和粘附原理的模型，通过控制颗粒涂覆的方式和条件，来实现纳米颗粒的自组装和组装。
除了纳米颗粒自组装模型外，研究者还开发了各种算法来辅助纳米颗粒自组装的设计和控制。
基于遗传算法、模拟退火算法和蚁群算法等优化算法，可以帮助研究者寻找最优的组装方案和参数。
自然界中的自组装现象
自然界中的自组装现象自然界是充满神秘和奇妙的，在这个世界中有着许多令人惊奇的事物，其中自组装现象就是其中之一。
自组装现象是指物质自发地组装成一种具有特定形态和功能的结构或体系，而无需外界干预或控制。
这种现象在自然界中随处可见，甚至在我们的日常生活中也有所体现。
下面让我们深入了解一下自组装现象在自然界中的运作方式和其所起的作用。
一、纳米颗粒的自组装在由分子、原子和离子组成的纳米颗粒中，自组装现象表现得尤为明显。
这些微小的颗粒在出现之初就自发地组装成各种复杂的结构，形成了多种纳米材料和生物大分子。
例如，纳米颗粒自组装成纳米管、纳米点和纳米群集等，这些结构的形态和尺寸非常精确，满足了许多材料科学应用的需求。
此外，纳米颗粒还可以在生物大分子中自组装成复杂的结构，如蛋白质分子、DNA分子和病毒颗粒等。
这些结构和体系在生命科学和医学研究中发挥着重要的作用。
二、自组装现象在水分子中的体现水分子也具有自组装的能力，这是由于水分子中的氧原子和氢原子电荷分布不均，导致分子内部出现了极性。
水分子中的极性使得其具有结构的自组装能力，从而形成水的晶体和液晶。
此外，水分子的自组装还表现在生物界中。
在细胞膜中，由脂质和蛋白质构成的分子层通过水分子的自组装子，形成复杂的微小结构，从而发挥着细胞内和细胞间通讯的作用。
三、自组装现象在生物体中的表现生物体中的自组装现象也十分显著。
蛋白质和核酸结构的自组装在细胞的构造和功能中具有重要作用。
蛋白质通过自组装形成结构域、螺旋结构、β折叠和其他构造，为细胞的功能发挥提供基础。
核酸分子中的基对还原可以形成自洽功能的自组装体系，对生物学的研究和纳米技术也产生了重大的影响。
四、自组装现象在材料制备中的应用自组装技术在材料科学中也发挥着越来越重要的作用。
通过利用物质中固有的自组装特性，可以制备出具有特定结构和性能的材料。
例如，自组装技术制备的纳米颗粒材料具有高度的精度和可控性，可以应用于电池材料、医学材料等领域。
纳米粒子自组装机制解析及其模拟算法
纳米粒子自组装机制解析及其模拟算法纳米技术是一门涉及到物质在纳米尺度上的控制与调控的技术，近年来备受瞩目。
纳米材料的合成、组装和应用是纳米技术的三个主要方面。
其中，纳米粒子的自组装技术在纳米材料应用中具有重要意义。
本文将深入解析纳米粒子的自组装机制，介绍相关模拟算法。
一、纳米粒子的自组装机制自组装是指由简单的构建单元组成的物质在不需外界干预的情况下，在一定条件下自发地形成有序的结构或功能性组装体。
纳米粒子的自组装具有以下几个主要机制：1. 亲疏水性自组装纳米粒子具有不同的亲疏水性，通过调控粒子表面的亲疏水性，可以实现粒子之间的组装。
亲水性粒子在水溶液中会集聚形成有序结构，而疏水性粒子则会自发聚集形成疏水性区域。
通过不同亲疏水性的粒子的组装可以构建出多种形态的结构，如核壳结构、多层结构等。
2. 电荷相互作用自组装带有正电荷和负电荷的纳米粒子之间存在静电相互作用，这种作用可以驱使纳米粒子之间相互组装。
正电荷与负电荷之间的相互吸引使得纳米粒子形成排列有序的结构。
3. 磁性自组装拥有磁性的纳米粒子可以被外加磁场引导，从而实现纳米粒子的自组装。
通过调节外加磁场的方向和强度，可以控制纳米粒子的排列方式和结构形态。
以上仅是纳米粒子自组装的一些基本机制，实际中还有许多其他的机制和因素可以影响纳米粒子的自组装过程。
通过深入研究这些机制，我们可以更好地控制纳米粒子的自组装过程，实现所需的结构和功能。
二、纳米粒子自组装的模拟算法为了更好地理解纳米粒子自组装的过程和性质，研究者们开发了一系列模拟算法。
这些算法通过数值模拟的方式，模拟纳米粒子的运动和相互作用，从而预测纳米粒子的自组装行为。
1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种常用的模拟纳米粒子自组装的方法。
该方法通过建立纳米粒子间相互作用的势能函数，根据牛顿第二定律，模拟纳米粒子的运动轨迹。
通过大量的模拟实验，可以分析纳米粒子的组装过程和生成的结构形态。
2. 蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟是一种基于随机采样的模拟方法。
纳米颗粒的自组装和结构控制
纳米颗粒的自组装和结构控制纳米颗粒是一种尺寸在纳米级别的微小物质，具有独特的物理和化学性质。
在纳米科技领域，纳米颗粒的自组装和结构控制是一个重要的研究方向。
通过自组装和结构控制，可以精确地调控纳米颗粒的形貌、大小、组合方式等特征，进而实现对其性能的调控和优化。
一、纳米颗粒的自组装纳米颗粒的自组装是指在一定条件下，纳米颗粒之间通过相互作用力的作用，自发地组装成特定的结构。
这种自组装现象在自然界中广泛存在，如蛋白质的折叠和DNA的双螺旋结构都是通过自组装形成的。
而在人工合成的纳米颗粒系统中，也可以通过控制各种相互作用力来实现自组装。
1. 范德华力的作用范德华力是纳米颗粒自组装中最常见的相互作用力之一。
范德华力是由于分子或原子之间的电荷分布不均匀而产生的吸引力或排斥力。
当纳米颗粒表面带有电荷时，范德华力会使颗粒之间相互吸引，从而促进自组装。
通过调节纳米颗粒表面的电荷性质和密度，可以控制范德华力的大小和方向，从而实现纳米颗粒的有序自组装。
2. 疏水性和亲水性的调控纳米颗粒的疏水性和亲水性也是影响自组装行为的重要因素。
疏水性的纳米颗粒在水中会聚集形成团簇，而亲水性的纳米颗粒则会分散在水中。
通过表面修饰或添加适当的表面活性剂，可以调控纳米颗粒的疏水性和亲水性，进而控制其自组装行为。
二、纳米颗粒的结构控制纳米颗粒的结构控制是指通过合理的方法和手段，精确地调控纳米颗粒的形貌、大小、组合方式等结构特征。
纳米颗粒的结构特征直接影响其物理、化学和生物性能，因此结构控制对于实现纳米颗粒的定向组装和功能化具有重要意义。
1. 模板法模板法是一种常用的纳米颗粒结构控制方法。
通过合成具有特定形状和尺寸的模板，将模板与所需材料反应，可以在模板内部或表面沉积纳米颗粒，从而实现对纳米颗粒形貌和大小的控制。
常见的模板包括胶体颗粒、纳米线、纳米孔等。
2. 电化学沉积法电化学沉积法是一种利用电化学反应控制纳米颗粒结构的方法。
通过调节电极电位和电解液成分，可以控制电化学沉积过程中的离子迁移速率和沉积速率，从而实现对纳米颗粒形貌和大小的控制。
纳米粒子自组装及结构优化研究
纳米粒子自组装及结构优化研究自组装是一种自然界中广泛存在的现象，在物理、化学和生物学等领域中都有重要的应用。
纳米科学和纳米技术也可以利用自组装原理，将纳米粒子通过适当的控制实现自发聚集和排列，形成特定的结构。
因此，纳米粒子自组装及结构优化研究一直是纳米科学研究领域的热门话题。
纳米粒子自组装是指纳米颗粒之间由于吸引力和斥力的相互作用而发生的自发组装过程。
通过调控纳米颗粒的表面性质和相互作用力，可以实现纳米颗粒的自发排列和自组装。
这种方法不仅可以用来研究纳米材料的性质，还可以用于制备功能性纳米材料和纳米器件。
在纳米粒子自组装过程中，结构优化是其中一个重要的研究方向。
结构优化的目标是通过调整纳米颗粒的排列方式和相互作用力，使得纳米材料具备更好的性能和更多的应用潜力。
结构优化可以通过控制纳米颗粒的形状、大小、表面修饰等方式来实现。
通过合理设计和优化，可以使纳米颗粒之间的排列更加紧密和有序，提高材料的稳定性和导电性能。
纳米粒子自组装及结构优化的研究有许多重要的应用。
首先，在纳米电子学领域中，纳米粒子的自组装可以用于制备高效率的纳米电子器件，如纳米晶体管和纳米电池等。
其次，在纳米材料科学中，通过纳米粒子的自组装和结构优化，可以制备出具有特定形状和结构的纳米材料，如纳米线、纳米管和纳米薄膜等。
这些具有特殊结构的纳米材料具有优异的光电性能和力学性能，具备广泛的应用前景，如催化剂、传感器、光电子器件等。
此外，纳米粒子的自组装还可以用于制备纳米颗粒复合材料和纳米粒子阵列，并可应用于生物医学领域，如药物传输、基因治疗和组织工程等。
为了实现纳米粒子的自组装和结构优化，研究人员采用了许多不同的方法和策略。
一种常用的方法是利用表面修饰剂来控制纳米颗粒之间的相互作用力，使其能够自发组装成特定的结构。
表面修饰剂可以通过改变其化学性质和空间排列来调控纳米颗粒的相互作用力，从而实现纳米粒子的自组装和结构优化。
另一种常用的方法是利用外界条件，如温度、溶剂和电场等，来调控纳米颗粒的自组装过程。
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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不同形貌的物体，在发展过程中建立起来的各种组装单元、驱动力和组装路线已经成为药物传递、生物材料等热门领域的工作基础。
大分子组装也为纳米粒子的自组装提供了工作基础。
2 纳米粒子的自组装介绍所谓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体）自发形成有序结构的一种技术。
自组装能否实现取决于基本结构单元的特性，如表面形貌、形状、表面功能团和表面电势等，组装完成后其最终的结构具有最低的自由能。
内部驱动力是实现自组装的关键，这些驱动力包括范德华力、氢键、静电力等只作用于分子水平的非共价键力和那些能作用于较大尺寸范围的力，如表面张力、毛细管力等。
从分子到宏观物体的各种不同尺度下的自组装体系，一直都是科学家研究的热点。
而以纳米材料为单元，将其自组装为各种分级有序结构是近年来刚刚兴起的研究热点。
纳米尺度（0.1-100mm）是介于宏观物体与微观分子之间的介观层次，具有超乎寻常的光学、电学、磁学、力学的性质。
研究者们一直期望能够像操纵分子一样操纵纳米结构单元。
纳米粒子的自组装以纳米粒子为组装单元，目标是把微观尺度和宏观尺度之间的空白连接起来。
纳米粒子的自组装通过调节纳米尺度下粒子之间的相互作用来控制粒子在整个组装体上的分布。
纳米粒子的自组装致力于构筑更多的复杂有序的结构，其中有一些是大分子自组装所不能获得的。
3 纳米粒子的自组装分类根据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。
分为四类：1）各向同性刚性粒子的自组装；2）各向异性刚性粒子的自组装；3）各向异性柔性粒子的自组装；4）各向同性柔性粒子的自组装。
第一类是刚性粒子的结晶，组装单元是单分散二氧化硅球、聚合物胶乳粒、半导体纳米粒子和金属纳米粒子，胶体结晶的过程有的是熵驱动的，有的是焓驱动的，焓驱动的体系需要纳米粒子的表面有特定的官能团，使粒子之间能够通过范德华力作用、DNA碱基互补配对或者经典相互作用发生组装。
第二类是各向异性刚性粒子的自组装，如前所述“大分子自组装也为纳米粒子的自组装提供了工作基础”，大分子自组装的研究告诉我们有各向异性或者两亲性的物体才能作为组装单元，所以，理论预言了许多种各向异性粒子和由它们组装形成的超粒子。
实验上，有不少工作致力于各向异性刚性粒子的制备，进一步的，在组装性质的研究中，各向异性纳米粒子的组装并不容易得到形貌和结构规整的组装体，原因是刚性粒子间的接触位点面积小，组装体的稳定较困难；另外，当使用的纳米粒子的尺寸较大时，粒子之间的范德华作用较强，这干扰各向异性作用对规则组装体形成的驱动。
当然，也有例外，通过引入粒子间的排斥，Steve Granick等用不对称刚性纳米球的组装得到了规整的粒子超晶格和粒子螺旋体。
第三类是各向异性柔性粒子的自组装，柔性粒子通常是聚合物粒子或者含有聚合物成分的杂化粒子，它们在溶剂里的分散性能很好，粒子的溶剂化可以抵消粒子之间的各向同性的范德华作用，各向异性的相互作用因此得以体现。
组装过程中，各向同性柔性粒子调整形状和组分分布而组装得到能量最低的稳定的超结构。
组装可得到规整的球形、柱状、管状和片状的超粒子。
第四类是各向同性柔性粒子的自组装，各向同性柔性粒子通常是核壳结构的纳米粒子而且有很高的柔性，在组装过程中，它们通过变形和成分的重新分布，表现的像各向异性粒子一样。
事实上，在形成的组装体中，原先的各向同性粒子己经变形成了各向异性粒子。
各向同性柔性粒子的组装能制造许多复杂的超结构。
组装过程常常涉及微妙的热力学或者动力学：柔性粒子的变形有助于粒子之间发生偶合，变形时损失的熵又可以由偶合时收获的洽来弥补。
对熵和焓的调变就可以获得丰富的超结构。
以上的分类方式也正好顺应各类自组装发生的时间顺序。
20世纪80年代，胶体晶体出现。
2000年后，开始有各向异性纳米粒子的制备和组装的报道。
同期出现的是各向异性柔性粒子的制备和组装。
2005年，出现第一例各向同性柔性粒子的组装报道。
第一类组装得到的是周期结构，物体的尺寸在宏观尺度，与后面的三类不同。
后面三类得到的是在溶剂中分立的组装体。
后三类组装在内容上有递进关系，在各向异性粒子的组装中，柔性的粒子比刚性粒子得到的组装体的规整性更高，各向同性柔性粒子在组装过程中也能表现出各向异性，它们的制备比各向异性柔性粒子容易得多，成熟得多。
下面就对这四类组装一一进行介绍。
3.1 各向同性刚性粒子的自组装各向同性粒子（指的是球形的粒子，表面的化学成分是均匀的。
单分散的各向同性粒子可以在熵或者焓的驱动下结晶形成胶体晶体。
胶体结晶中最经典的是硬球体系，理论上，硬球体系指的是硬球球心之间距离大于等于直径时，球之间的作用力为0，距离小于直径时，球之间的作用力无限大的体系。
实验上，硬球体系是单分散的几百纳米的刚性粒子和相应溶剂的体系，为了在距离大于等于粒子直径时让粒子之间的相互作用接近零，刚性粒子的表面由长链有机分子修饰，靠体积排除在溶剂中稳定，溶剂的折光指数调成和粒子的折光指数相同，这样，粒子之间的范德华相互作用就很小；至于距离小于直径时，因为是刚性粒子，变形需要很大的力，就可以处理成排斥作用力无限大。
硬球体系的胶体结晶是一个熵驱动的过程。
整个体系的熵包括平动熵和自由体积熵。
在低的胶体浓度下，平动熵占主导地位，胶体的流动态是稳定的。
当胶体浓度上升时，自由体积熵渐渐地占据主导地位，胶体晶体的状态是热力学稳定的，自由体积熵的增大是因为胶体规则堆积后，溶剂分子获得了最大的自由度。
在早期的研究报道中，胶体结晶是通过静置浓缩的胶体分散液或者通过稀的胶体分散液的重力沉降（沉降后，底部的胶体分散液得到浓缩）来实现的。
这两种方法都需要较长的时间让粒子扩散和重排来完成无序有序转变，这是因为几百纳米的胶体的运动较小分子和几纳米或几十纳米的粒子慢得多，而且体系的粘度也比较大。
面心立方和六方密堆积是热力学稳定的结构，因为这样的堆积方式能获得最高的自由体积熵。
熵驱动的胶体结晶是制备三维光子晶体的低成本低能耗的方法。
然而，通过浓分散液法和沉降法得到的胶体晶体会有缺陷，包括空隙、宏观的裂缝、多晶区域和堆积错误。
后来的研究解决了这些问题低缺陷高机械强度的胶体晶体的大规模制备和各种二元的胶体晶体点阵的制备都已经实现。
而且，用小液滴做模板，做液滴内部的胶体结晶可以制备胶体晶体的超粒子。
无机功能纳米粒子有光学、电学或者磁学的性质，把它们组装成规整的周期结构后，胶体晶体是否能保留和增强原有的性质，或者展现新的性质呢？这是个有趣的问题。
功能纳米粒子的直径通常在10nm左右，它们的结晶需要粒子之间的吸引。
Bawendi等通过缓慢改变溶剂的极性，使CdSe量子点失稳，即引入粒子间的范德华相互作用，实现了纳米粒子的结晶。
碱基互补配对和静电相互作用也可以用来驱动胶体结晶，获得点阵类型丰富的二元晶体。
胶体结晶是否属于纳米粒子的自组装，这是有争议的。
纳米粒子的自组装一般得到有特定形状和尺寸的超粒子，然而胶体结晶通常得到本体的胶体晶体（除了模板下的胶体结晶外）。
不管怎么样，在胶体结晶中所用到的对粒子之间非共价作用的调节的原理和技术都可以用来指导纳米粒子的自组装。
3.2 各向异性刚性粒子的自组装除了在胶体结晶时，各向同性的纳米粒子被用作组装单元，对于纳米粒子的自组装而言，各向异性曾被认为是必需的，就像对于大分子自组装而言，各向异性或者两亲件被认为是组装所必需的，这是大分子自组装对于纳米粒子自组装的影响。
在进行纳米粒子的自组装时，各向异性粒子上的疏溶剂部分提供吸引力，亲溶剂部分提供排斥力，稳定形成的超粒子。
下面简单介绍各向异性纳米粒子的制备和自组装。
刚性粒子定义为在组装的过程中，粒子的形状和组分分布不发生改变的粒子。
3.2.1 刚性的补丁粒子的制备和自组装补丁粒子（patchy particle）是指粒子上有少量的修饰点的粒子，修饰点可以是官能团，高分子或者小的纳米粒子。
Sharon Glotze预测了许多种补丁粒子并通过计算机模拟预测由补丁粒子组装成的链状、片状、环状、四面体、二十面体、胶束状等超结构（图3.1）。
实验上，各向异性粒子（anisotropic particle）的制备是有挑战的，因为，热力学上，在修饰时，各向同性的修饰或者随机的修饰显然是优于补丁修饰的；动力学上，在做基于溶液的修饰时，表面上任意一点获得修饰的概率是一样的。