纳米结构组装体系
纳米材料的组装与自组装
纳米材料的组装与自组装近年来，纳米材料的研究越来越受到了重视。
纳米材料是指晶粒大小在1~100纳米之间的材料，由于其特殊的表面化学、机械和物理性质，对于材料科学、生命科学、环境科学等领域都有着广泛的应用。
然而，纳米材料制备的过程中常常面临组装和自组装问题。
本文将从这两个方面探讨纳米材料的组装与自组装，旨在为纳米材料研究和应用提供参考。
一、纳米材料的组装纳米材料的组装可以指材料的单个纳米颗粒的组装，也可以指将多个纳米颗粒组成的纳米体系的组装。
纳米材料的组装是纳米科技研究中不可或缺的一部分。
下面就针对性地介绍几种纳米材料的组装方法。
1.1 化学制备法化学制备法是指通过合成化学反应将纳米颗粒组装成具有特定形态和尺寸的结构的方法。
在这种方法中，通常使用化学反应的方法来控制纳米颗粒的大小和形状，并通过表面修饰实现组装。
例如，通过调节表面修饰剂的链长控制纳米颗粒之间的距离，从而组装成不同的结构。
1.2 模板法模板法是指利用介孔或微孔材料作为模板，将纳米颗粒沉积在孔隙中，以实现纳米材料的组装。
例如，将纳米材料溶液浸泡在具有一定孔径的硅胶模板中，通过自组装或化学反应控制纳米颗粒的大小和形态，最终将纳米颗粒沉积在孔隙中。
1.3 电化学制备法电化学制备法是指通过电化学还原或氧化，将纳米颗粒组装成具有特定形态和尺寸的结构的方法。
在这种方法中，利用电极为媒介，在电场作用下控制纳米颗粒的组装方向和排布，最终实现纳米材料的组装。
二、纳米材料的自组装在纳米领域中，自组装技术是非常重要的一种材料组装方式。
自组装是指在适当的条件下，纳米结构自发地组装成具有规则结构的过程。
自组装具有很多优点，例如高效、低成本、易于控制等，因此受到了广泛的关注和研究。
下面将介绍几种常见的自组装方法。
2.1 Langmuir-Blodgett自组装法Langmuir-Blodgett自组装法是将具有功能性基团的分子或聚合物分子溶解于有机溶剂中，形成薄膜的过程。
纳米生物学中的自组装和自组装体
纳米生物学中的自组装和自组装体引言纳米技术的快速发展使得人们对于纳米材料的应用和研究越来越感兴趣。
纳米生物学是纳米科技中的一项重要研究领域，它研究的是生物系统和生物分子的纳米级别结构、性质和功能。
自组装和自组装体是纳米生物学研究的重点之一，是研究纳米生物学的基础。
本文将详细介绍纳米生物学中的自组装和自组装体的相关内容。
一、自组装自组装是指无需外部控制，由分子间的相互作用而形成有序的结构过程。
自组装是一种普遍存在于生物体系和物质界中的现象。
在纳米生物学中，自组装是指利用生物大分子本身的特性，通过相互作用，形成一些具有自组装性质的生物大分子材料，主要包括蛋白质、核酸和多糖等高分子化合物。
自组装体是指由自组装形成的二维或三维有序结构，可以简单地理解为一种“自然组装”的化合物。
二、自组装体自组装体是一种复杂的纳米结构，由分子、聚集体或磁性粒子等成分组成。
在纳米生物学中，自组装体是一种非常重要的生物材料，被广泛应用于生物学、医学以及生物传感器、先进电子学和纳米器件等领域。
生物纳米颗粒是一种常见的自组装体，由生物大分子作为建筑单位组成，具有多种异构体形态。
例如，蛋白质自组装体可以形成纳米片、纳米管、纳米球等形状。
核酸自组装体可以形成G四方体、DNA纳米结、DNA纳米三角等形状。
三、自组装体在医学中的应用自组装体在医学中具有广泛的应用前景。
由于自组装体具有高度的特异性和可控性，能够对生物环境产生极小影响，因此在药物传输、肿瘤治疗和医学检测等方面具有独特的优势。
例如，在肿瘤治疗方面，自组装体能够具有高度选择性地靶向肿瘤细胞，并释放药物。
自组装体在药物传输中的应用也被广泛关注。
脂质体、聚合物自组装体、核酸自组装体等都有可能成为制备高效药物输送系统的新型载体。
四、自组装体在传感技术中的应用自组装体在传感技术领域中的应用受到了广泛的关注。
自组装体在传感技术中的应用主要基于其特殊的结构和性质。
例如，在DNA分子上修饰了纳米金颗粒，可以用于制备高灵敏的DNA传感器。
纳米结构组装体系的制备和应用
（ 华南农 业 大学理 学 院 ， 东 广州 ５０ ４ ； 广 １６ ２
＊南 京大学 物理 系 固体微结 构 国家重 点实 验室 ， 苏 南 京 ， １０ ３ 江 ２ ０９ ）
摘要 纳 米 结 构 的 自组 装 体 系 的 出 现 ， 志 着 纳 米 材 料 科 学 研 究 进 入 了 一 个 新 的 阶 段 。 将 纳 米 结 构 单 元 组 装 成 二 维 标
（ Ｄ 或 三维 （Ｄ 的 纳 米 颗 粒 的 有 序 阵列 ， 纳 米 器 件 的 构 筑 具 有 重 要 的 意 义 。利 用 自组 装 技 术 ， 成 具 有 有 序 结 构 ２） ３） 对 合
的 纳 米 颗 粒 阵 列 结构 或 复合 结构 是 科 学 家们 研 究 的热 点 。本 文 介 绍 了 自组 装 的 方 法 ， 述 了 自组 装 技 术 在 纳 米 技 术 综
ｏ ｏ ｄＳａ ｉ ｏｔ ｃ ｒ ， ｈｓ ｓＤ ｐｒ ｅｔＮ ｎｉ ｎ ｅ ｉ ， ａｇｕＮ ｎｉ １０ ３ ｆ ｌ ｔ ｅＭ ｃ ｓ ｕｔ ｅ Ｐｙｉ ｅａ ｍ ｎ ， ａｊ ｇＵ ｉ ｒｔ Ｊ ｎｓ ａｊ ｇ２０ ９ ） Ｓｉ ｔ ｒ ｒ ｕｓ ｃ ｔ ｎ ｖｓ ｙ ｉ ｎ
ａ ｈ ｅｔｒ ， ｅｙ ｍ ｒ ｎ ｔ ｃｎ ｏ ｔ ｉ ， ａｅａｄｔ ｉｒ ｕａ ａ ａｇｍ ｎ ｉ ｏｄｒ ｏ ２ ） ａｄｔ ｅ — ｒ ｉｃ ｅ ｉｉ ｖｒ ｉ ｐ ｔ ｔｏ ｏｔ ｌｈ ｓ ｅｓ ｐ ｎ ｅ ｇｌ ｒ ｎ ｅ ｅｔｎ ｒｅ ｄｔ 一（ Ｄ ，ｎ ｒｅ ｃ ｔ ｕ ｓ ｔｓ ｏ ａ ｒ ｅ ｚ ｈ ｈｒ ｅ ｒ ｒ ｅ ｗ ｈ ｄｍ ｎｉ ａ ３ ） ｒ ｙ ． ｈ ａｅ ， ｅｃａａｔ ｉ ｉ ｆｓｌ—ａｓｍ ｌ ｔ ｈｏ ｇ ｅ ｎｒ ｕｅ ． ｈ ｒ ａ ｔｎ ｉｅｓ ｎｌ Ｄ ａ ａｓ Ｉ ｔ ｓｐｐｒ ｔ ｈｒ ｅ ｓｃ ｏ ｅ ｏ （ ｒ ｎ ｉ ｈ ｃ ｒ ｔｓ ｆ ｓｅ ｂ ｃｎｌ ｙｗ ｒ ｉ ｏ ｃｄ Ｔ ｅｐ ｐ ｒ ｉ ｙｅ ｏ ｅ ｔｄ ｅ ａｏ
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。
基于DNA的纳米结构自组装技术
基于DNA的纳米结构自组装技术DNA是生物体内遗传信息的携带者，具有高度的可控性、高效的配对性和选择性，因此被广泛用于构建高度复杂和可控的纳米结构。
基于DNA的纳米结构自组装技术，具有高度的可预测性、可重复性和可扩展性，成为纳米传感、纳米计算、纳米医疗及纳米材料领域的研究热点。
一、DNA的纳米结构自组装技术介绍DNA纳米技术是指将DNA序列作为模板，在合适的化学条件下，通过配对、水解、重联等靶向修饰过程，形成具有特定空间结构和生物功能的高分子材料，进而实现自组装纳米结构。
其优点在于所需的DNA分子数量少、可程序性强、操作简单易控制、精度高和容易合成等等。
二、DNA纳米结构自组装的基本原理DNA双链以AT、CG配对的方式相互配对，在配对的过程中形成了平面结构。
而将单链DNA加入到这个系统中，由于两个单链DNA可以互相配对形成二级三维结构，当单链DNA逐渐增多，其间隔离子影响的减小，分子间的复杂质子形成，在适当的条件下就可以自组装成稳定的纳米结构，如球形、棒状、Y字形等等，在实验室已经实现了复杂的DNA结构自组装。
三、DNA纳米技术的应用1.纳米电路板技术DNA纳米技术有望实现基于分子的电路板，该技术可以将活细胞内的事件实现在电路板上的单分子水平上，有望发展成低耗高速、微型高精度的生物传感及数据储存芯片。
2.纳米医药DNA纳米技术还被用于制造新型的抗癌药物，目前的研究表明，利用DNA纳米结构，可以有效地实现纳米粒子的选择性目标治疗，达到增强抗癌效果和减少副作用的目的。
3.纳米催化DNA纳米结构自组装技术提供了做催化研究的可能性。
研究人员利用DNA合成可以自组装成各种简单结构、自然形态和超分子结构的性质，发现DNA自组装结构可以类比自然蛋白质结构，以同样的方式，也可以起到类似的催化功能。
四、DNA纳米技术面临的挑战1.设计和构建大型DNA结构是DNA纳米技术的主要困难之一。
虽然DNA可以在自然体内活动，并迅速地拼接和配对，但是，在大规模的DNA纳米结构自组装方面，存在着技术上的限制。
自组装纳米结构
静电作用驱动
静电吸附
静电吸附
利用有机分子中含有阴阳离子官能团之间的静电吸引力将具有阴、阳 离子的分子直接组装成有序多层膜。这种膜称为分子沉积膜（MD 膜）。如图显示了静电作用驱动自组装MD膜的过程。
配位键驱动
利用金属离子和有机分子中的某些官能团形成的配位键构筑超分子自组装 结构。
以Fe原子为媒介，通过不同单元之间的自组装形成不同的网状结构
http://www.lcpe.uni-sofia.bg/2D.xhtml
溶液蒸发自组装在线观察过程
自然蒸发自组装过程中的“咖啡环效应(Coffee ring effect)”
(“Coffee stain” formed by drying drops of gold NR sol. The images in the upper row show the drying drops from slow evaporation. The volume fraction decreases from left to right: (a) 1 × 10−5, (b) 5 × 10−6, (c) 3.3 × 10−6, (d) 2.5 × 10−6 and (f) 1.25 × 10−6.
金属和半导体纳米粒子自组装有序纳米结构
2. 纳米粒子自组装方法
（1）自然蒸发自组装法 （2）两相界面自组装（气液、油水界面） （3）场效应驱动的自组装 （4）层层组装（Layer by Layer）组装 （5）模板辅助自组装 （6）有机分子诱导自组装
（1）自然蒸发自组装法
When a drop of dilute colloidal nanosphere suspension spreads on a flat substrate, after evaporation of the solvent, well-ordered 2D hcp colloidal crystals will be obtained. By means of microscopy, Nagayama and co-workers observed the dynamics of self-assembled 2D colloidal crystals formed during solvent evaporation. Direct observation revealed that the ordering started when the thickness of the solvent layer became approximately equal to the diameter of the nanospheres.
DNA纳米结构的的组装和自组装机制研究
DNA纳米结构的的组装和自组装机制研究DNA纳米结构的组装和自组装机制研究DNA分子是生命体中最重要的有机物质之一，它拥有相当复杂的结构和功能。
由于DNA分子的许多优异性能，使科学家们在研究生物学及其他领域的过程中，不断地发现DNA分子的神秘之处。
现代科学技术的不断发展，也使得研究DNA分子的纳米结构成为了一种新型的研究领域，成为了纳米研究的一大重要组成部分。
DNA分子是由四种碱基(A、T、G、C)和骨架糖（脱氧核糖）及磷酸组合而成的一种双螺旋结构。
由于DNA分子中碱基之间是由氢键连接而成，其键长和键能都很恒定，因此在自组装和组装的过程中表现出非常优异的特性。
利用这些特性，我们可以将DNA分子用于纳米结构的设计和构建，这也是纳米研究的一个热点方向。
一般来说，DNA分子的组装方式可以分为自组装和外部控制的组装两种。
自组装是指DNA分子在没有外部干预的情况下，自动地通过相互吸引和拒斥，组装成不同形状和结构的纳米物质。
另一种则是外部控制的组装方式，这种方式是通过人为干预来实现DNA分子的组装。
由于自组装和组装方式的不同，得到的DNA纳米结构也会有所不同。
DNA分子通过利用其碱基之间的氢键相互连接，形成的是双螺旋结构，这种结构具有非常强的方向性。
因此，在自组装的过程中，DNA分子的方向性成为了一个非常重要的因素。
为了使DNA分子所组合成的纳米物质具有一定的方向性和规律性，科学家们利用了一些特殊的结构来实现纳米结构的组装和自组装。
例如，在自组装的过程中，科学家们利用了“柿子结构”来实现DNA分子的互相连接。
柿子结构是指DNA分子通过单独的某一段链来实现连接的一种结构。
利用这种结构，我们就可以将不同长度的DNA分子连接成一种纳米链，从而实现不同形状和结构的组合。
此外，DNA分子通过互补性也能够实现自组装。
利用互补性可以实现两条不同的DNA分子相互连接成为一条双链结构。
通过这种方式，科学家们可以实现各种形状和结构的DNA纳米物质的设计和构建。
纳米自组装技术的原理及特点
纳米自组装技术的原理及特点你想了解纳米自组装技术的原理和特点，对吧？那我们就从头说起，看看这项技术到底是怎么回事，为什么那么牛逼。
1. 纳米自组装技术概述1.1 什么是纳米自组装？纳米自组装技术，说白了，就是让小小的纳米级别的材料在特定条件下“自动”地组成各种复杂结构。
就像拼图一样，材料自己找准位置，组合成我们想要的模样。
这种技术真的很神奇，完全不用人动手，就能自己组装出各种精巧的结构，像微型机器、药物输送系统、甚至是电子器件。
1.2 纳米自组装的应用这项技术的应用范围广泛，几乎涵盖了科技、医学、材料等多个领域。
比如说，在医学上，我们可以用它来设计靶向药物输送系统，让药物能精准地到达病灶部位，提高治疗效果。
而在材料科学中，纳米自组装技术可以用来制造超级轻又超级强的材料，简直就像是为未来量身定制的魔法道具。
2. 纳米自组装的原理2.1 自组装的基础原理自组装的原理其实很简单，就是利用材料本身的物理化学性质，让它们在一定条件下自动组合。
就好像你把很多积木放在一起，随着时间的推移，这些积木会自动拼成你预期的样子。
这里面主要靠的是分子之间的相互作用力，比如静电力、范德华力等。
它们就像是一对对无形的“手”，把不同的纳米颗粒拉到一起，组成复杂的结构。
2.2 自组装的关键技术自组装技术中有几个关键点是我们需要了解的。
首先是材料的选择，选择合适的材料可以决定最终的结构效果。
其次，环境的控制也很重要，比如温度、溶液的pH值等，这些都可能影响自组装的结果。
最后，就是如何控制组装的精度和稳定性，这就需要我们在实验中不断调整和优化，直到达到理想效果。
3. 纳米自组装的特点3.1 高效和经济纳米自组装的一个重要特点就是高效。
传统的制造方法往往需要复杂的工艺和设备，而自组装技术则可以大大简化这些过程，节省时间和成本。
这就好比你用拼图玩具组装一个模型，比起动手打造一个复杂的模型省事多了。
3.2 可控性和灵活性自组装技术还具有很高的可控性和灵活性。
纳米组装简介
分子识别的原理
分子识别的过程实际上是分子在特定的条件下通过分 子间作用力的协同作用达到相互结合的过程。这其实 也揭示了分子识别原理中的三个重要的组成部分， “特定的条件”即是指分子要依靠预组织达到互补的 状态， “分子间相互作用力”即是指存在于分子之间 非共价相互作用，而“协同作用”则是强调了分子需 要依靠大环效应或者螯合效应使得各种相互作用之间 产生一致的效果。
分子识别的应用
碱金属细胞膜传输
光化学传感器
模拟酶催化
信息处理
超分子材料――纳米化学
分子机器
分子机器是一类将能量转变为可控运动的分子 器件。它是一种多组分体系，其中某些部分不 动，而另一些部分得到“燃料”后可以继续运 动。由于化学分子的运动通常是绕着单键的转 动，因此，通过化学、光、电信号可以控制这 类运动的方向，设计与开发分子功能和天然体 系相媲美甚至优于天然体系的人工分子机器， 引起了人们极大的兴趣。
分子自组装
分子自组装本身就是自然界的普遍现象，是指 分子之间靠非共价键作用力(包括静电作用、 范德华力、疏水作用力、氢键等)自发形成具 有一定结构和功能的聚集体的过程。分子自组 装有两大类：静态自组装和动态自组装目前多 数自组装的研究都集中在静态自组装，动态自 组装尚处于研究的初级阶段
分子自组装组织原理
纳米组装体系及其分类
以纳米微粒，纳米丝或纳米管为基本单元在一 维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构 的体系。 分类：纳米组装体系根据其构建过程中内外驱 动力的不同，可分为人工组装体系和自组装体 系。
纳米组装体系的重要性
其重要性主要表现在以下几个方面： (1)纳米组装体系的结构具有多样性通过自组装可以形 成单分子层、膜、囊泡、胶束、微管、小棒以及更复 杂的有机／金属、有机／无机、生物／生物复合物等， 其多样性超过其他方法所制备的材料。 (2)纳米组装体系的应用领域广泛多种多样、性能独特 的自组装材料将被广泛应用在光电子、生物制药、化 工等许多领域，并对其中某些领域产生未可预知的促 进作用。 (3)自组装技术代表着一类新型的加工制造技术
纳米自组装技术的原理及特点
纳米自组装技术的原理及特点大家好，今天我们来聊聊一个非常神奇的技术——纳米自组装技术。
这个技术可厉害了，它可以让一些小小的东西，像魔法一样自动组合在一起，形成各种各样的奇妙结构。
那么，这个技术到底是怎么实现的呢？它又有哪些特点呢？接下来，就让我们一起揭开这个神秘技术的面纱吧！我们来看看纳米自组装技术的原理。
其实，这个原理很简单，就是通过控制纳米颗粒之间的相互作用力，让它们自动地组合在一起。
具体来说，就是通过添加一些特殊的分子或者离子，来改变纳米颗粒之间的电荷分布、形状等性质，从而影响它们之间的相互作用力。
当这些相互作用力达到一定的程度时，纳米颗粒就会像魔术一样自动地组合在一起，形成各种各样的结构。
那么，纳米自组装技术有什么特点呢？它的精度非常高。
因为纳米颗粒非常小，所以它们之间的距离非常近，这就意味着我们可以通过精确地控制相互作用力，来实现非常精细的结构。
比如说，我们可以用这个技术来制造一些非常细小的机器人，它们可以在细胞内部进行精确的操作。
纳米自组装技术具有很大的灵活性。
因为这个技术是基于纳米颗粒之间的相互作用力的，所以我们可以通过改变这些相互作用力的强度、方向等参数，来实现各种各样的结构。
比如说，我们可以用这个技术来制造一些具有特定形状的微小结构，然后将它们组合在一起，形成一些新的材料或者器件。
纳米自组装技术具有很大的应用潜力。
因为这个技术可以实现非常精细的结构和功能，所以它在很多领域都有着广泛的应用前景。
比如说，我们可以用这个技术来制造一些新型的药物载体、传感器等等；还可以用它来研究一些复杂的生物现象，比如细胞分裂、病毒感染等等。
纳米自组装技术是一个非常神奇、具有很大潜力的技术。
虽然现在它的发展还处于初级阶段，但是相信随着科学技术的不断进步，它一定会在未来发挥出更大的作用。
好了，今天的分享就到这里啦！希望大家对纳米自组装技术有了更深入的了解！下次再见啦！。
- 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)。
将LB膜技术用于纳米材料的组装
Au NPs BaCrO4 nanorods
Langmuir–Blodgett assembly: (left to right) dots, rods
Science 277, 1978–1981 (1997). J. Am. Chem. Soc. 123, 4360–4361 (2001).
In the current study, a polysaccharide derivate, polyaldehyde dextran, was used to synthesize and assemble Au-NPs in one step. As shown in the images above, AuNP chains or networks were formed with satisfactory morphology and the size of individual nanoparticles was uniform. The crystal growth and self-assembly processes occurred synchronously in one pot and always under a mild condition (aqueous environment, physiological temperature and neutral pH).
Nature Commun. 3:1241-1247 (2012)
Biodegradable nanocomposites of amyloid fibrils and graphene
蛋白纤维-石墨烯复合膜材料
蛋白纤维-石墨烯纳米复合材料的制备示意图
Nature Nanotech. 7:421-427 (2012)
Hongbin Feng, et. al., Nature Communications 2013, 4: 1539-1545
模板法组装过程
通过 freeze casting制备 3D石墨烯宏观 材料
Formation cork-like graphene monoliths via freeze casting
提拉
鼓泡法
纳米梳刷
Schematics of the nanocombing process，The blue arrow indicates the travelling direction of the growth substrate with respect to the target substrate, which yields a combing/aligning force that is parallel and opposite to the anchoring force.
Layer-by-Layer (LBL) Assembly
Scheme 1 LBL self-assembly process of the composite film.
By building up layers by alternately dipping in positively or negatively charged polymeric solutions, we construct thin films of controllable thickness and properties. Since then, the approach has been extended to other bonding interactions (H-bonds, van der Waals), Nanoparticles (carbon nanotubes, gold nanoparticles) and methods of deposition (spraying, spin-coating).
为什么要研究纳米组装结构？
1）从应用研究来说，纳米材料的宏观组装是纳米材料走 向实用化的关键。纳米结构的器件化研究是纳米材料研究 的前沿。 2）从基础研究来说，纳米结构可以把纳米材料基本单元 分离开来，使研究单个纳米单元的行为特性以及它们之间 的耦合效应和协同作用成为可能。
Langmuir-Blodgget (LB)膜技术
纳米结构组装体系
主讲教师：冯红彬
材料科学与光电技术学院
中国科学院大学
思考？
NaCl晶体
把阴、阳 离子换成纳 米单元会怎 样？ 离子液体
生物系统的自组装
蛋白质的合成
细胞膜的结构
细胞设计图
什么是纳米结构？
纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础， 按一定规律构筑或营造一种新的体系，它包括一 维、二维、三维体系，这些物质单元包括纳米微 粒 、稳定的团簇或量子点、纳米管、纳米棒、纳 米线、纳米片以及纳米尺寸的孔洞等。
纳米金的组装
Schematic representation of polymer-mediated assembly of AuNPs
Preparation of patterned LbL assemblies using nanoimprinting lithography, CD-SAM formation, and liftoff process
二维纳米材料的组装——石墨烯
1）真空过滤法制备层层组装的石墨烯膜材料 2）石墨烯自组装构建石墨烯凝胶 3）宏观3D石墨烯的组装和构建 4）二维石墨烯与其它零维、一维材料的复合
石墨烯组装构
石墨烯
电沉积膜
与碳纳米 管复合
石墨烯具有优异的力学、电学及光学性质，其尺寸可调，石墨烯可以通过自身的∏∏ 作用组装成膜、3D结构，或者与其它的材料组装成复合材料。
Layer-by-Layer (LBL) Assembly is a powerful and broadly applicable nanofabrication technique. The concept was popularized in the 1990’s by Gero Decher’s group at the Universite Louis Pasteur and CNRS in France. Simply, oppositely charged layers of polyelectrolytes are adsorbed on a surface.
低温还原法制备石墨烯导电薄膜
层层组装技术
——先成膜后还原
真空过滤器
图 (a) 蓝色钠-氨溶液，(b) GO/PVDF薄膜，(c) 钠-氨还原石墨烯/PVDF薄膜，(d) 钠-氨 还原石墨烯表面的SEM图，(e) 柔性的GO/PET薄膜，(f) 柔性RGONa-NH3/PET薄膜，(g) 水接触角：GO，65.3° (1)；及不同时间的钠-氨还原石墨烯，1min，87.6° (2)；5 min， 93.2° (3)；10 min，99.7° (4)。
纳米结构的自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共 价键，如氢键、范德华力和弱的离子键协同作用把原子、 离子或分子连接在一起构筑成一个纳米结构或纳米结构的 花样。 纳米结构的自组装体系的形成有两个重要条件:一是有足够 数量的非共价键或氢键存在，这是因为这些键都比较弱， 只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用构筑成稳定的 纳米结构体系；二是自组装体系能量较低，否则很难形成 稳定的自组装体系。
层层自组装
层层自组装（layer-by-layer self-assembly，LBL）是上世纪90 年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法。 LBL最初利用带电基板（substrate）在带相反电荷中的交替沉 积制备聚电解质自组装多层膜（polyelectrolyte selfassembled mulilayers）。 LBL适用的原料已由最初的经典聚电解质扩展到dendrimer 聚电解质、聚合物刷、无机带电纳米粒子如MMT，CNT、 胶体等。LBL适用介质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。 LBL的驱动力有静电力扩展到氢键，卤原子，配位键，甚 至化学键。LBL也在许多方面得到了应用。如，传感器， 分离膜，超疏水表面等等。
a, Left: schematic of periodic silicon nanowire array by nanocombing. Right: SEM image of the resulting periodic nanowire array on the resist (PMMA) surface. b, SEM image of a periodic silicon nanowire device array made from the combing method shown in a.
LB膜技术是一种构建有机有序超薄分 子膜的技术。用特殊的装置将不溶物 膜按一定的排列方式转移到固体支持 体上组成的单分子层或多分子层膜。 该膜最早由朗缪尔和布劳杰特提出而 得名，是利用langmuir-blodgett技术制 备的超薄膜。LB膜的研究提供了在分 子水平上依照一定要求控制分子排布 的方式和手段，对研制新型电子器件 及仿生元件等有广泛的应用前景。在 微电子技术中可应用它生产高性能的 集成电路器件。
纳米结构组装体系的划分：
根据纳米结构组装体系构筑过程中的驱动力是靠外因 还是靠内因，大致可分为两类：一是人工纳米结构组装 体系；二是纳米结构自组装和分子自组装。 按组装的对象来分：零维纳米粒子的组装，一维纳米 材料的组装，二维纳米片的组装及多种对象的组装。
所谓人工纳米结构组装体系是指按人类的意志，利用物理 和化学的方法人为地将纳米尺度的物质单元组装、排列构 成一维、二维和三维的纳米体系。包括纳米有序阵列体系 和多孔复合体系。 单电子晶体管、超微型的开关、可调谐发光二极管、量子 点磁开关
f, Left: schematics of the two consecutive combing steps used to define a crossed nanowire array. The first layer of combed nanowires, produced in the standard manner, is treated as a substrate and processed in the standard manner for nanocombing the second crossed array of nanowires. Right: SEM image of a silicon nanowire crossbar array. The resist layer has been removed. Scale bar, 1 mm. The first combing was horizontal (from left to right) and the second combing was vertical (from bottom to top).