自组装
材料科学中的自组装原理及设计策略
材料科学中的自组装原理及设计策略自组装在材料科学中扮演着至关重要的角色，它是一种通过分子间相互作用驱动的自发性过程，能够将分子或者颗粒组织成有序的结构。
自组装的原理和设计策略被广泛应用于纳米材料合成、表面涂层、纳米电子器件等各个领域。
本文将讨论材料科学中的自组装原理及设计策略。
在自组装的过程中，分子或颗粒之间的相互作用起着关键的作用。
这些相互作用包括范德华力、静电力、氢键、疏水相互作用等。
通过调控这些相互作用，可以实现不同的自组装结构。
例如，疏水相互作用可以导致一些分子在溶液中聚集在一起，形成类似胶束的结构。
而静电作用可以在溶液中形成离子复合物，例如正负电荷相互吸引所形成的多层膜。
在设计自组装材料时，可以通过调控分子结构、配位化学反应、外场调控等手段来控制自组装过程。
首先，可以通过设计分子的功能基团和结构，来实现特定的自组装行为。
例如，引入亲水性和疏水性基团的分子可以通过疏水相互作用形成胶束结构。
此外，还可以通过配位化学反应来实现自组装。
这种方法利用金属离子和配体之间的配位作用，可以形成具有特定结构的自组装材料。
此外，通过外场调控，比如温度、pH值、电场等，也可以改变自组装过程中的相互作用，从而实现不同的结构。
在纳米材料合成方面，自组装原理和设计策略被广泛应用。
通过自组装，可以实现纳米颗粒之间的有序排列，从而控制纳米材料的性质。
例如，通过控制纳米颗粒之间的间距和排列方式，可以调控纳米材料的光学、电学、磁学等性能。
此外，自组装还可以用于制备具有特殊功能的纳米结构，例如可调控的纳米孔阵列、纳米线阵列等。
这些纳米结构具有广泛的应用前景，包括纳米电子器件、传感器等领域。
自组装在表面涂层中也发挥着重要作用。
自组装聚合物可以形成具有防腐蚀、耐磨损等性能的涂层。
通过控制聚合物链的长度和相互作用，可以实现自组装涂层的特定结构和性能。
此外，自组装还可以用于制备具有特殊功能的表面涂层，例如具有抗菌性、自清洁性等特性的涂层。
自组装的原理以及应用
自组装的原理以及应用1. 什么是自组装自组装是一种在物理、化学、生物等领域中广泛存在的现象，指的是分散的单个组分能够在适当的条件下自发地聚集在一起，形成有序的结构。
自组装是一种自发过程，不需要外界的干预或控制。
它可以通过调节条件和选择不同的组分来实现不同的结构和性质。
2. 自组装的原理自组装的原理主要表现为热力学驱动、非平衡动力学和分子间相互作用三个方面。
2.1 热力学驱动热力学驱动是自组装的基本原理之一。
在自组装过程中，组分之间会遵循熵的最大化原理和自由能最小化原理。
当组分在适当的条件下相互作用时，它们会在熵增加的情况下趋向于形成较稳定的有序结构，以降低系统的自由能。
2.2 非平衡动力学除了热力学驱动外，非平衡动力学也是自组装的重要原理之一。
在非平衡动力学中，外界的能量输入可以改变系统的热力学平衡状态，从而导致自组装的发生。
例如，利用温度梯度可以使纳米粒子在溶液中自发地形成有序排列结构。
2.3 分子间相互作用自组装的原理还与分子间的相互作用密切相关。
不同组分之间的相互作用力可以使它们在合适的条件下相互吸引或排斥，从而促进自组装的发生。
这些相互作用力包括范德华力、静电相互作用、水合作用等。
3. 自组装的应用自组装作为一种自发且可控的过程，具有广泛的应用前景。
以下列举了几个常见的自组装应用领域。
3.1 纳米材料的制备自组装技术在纳米材料的制备中发挥着重要作用。
通过在溶液中加入适当的功能性分子，可以使纳米粒子自组装成特定的形状和结构，从而实现对纳米材料的精确控制和设计。
这种方法可以用于磁性材料、光学材料、催化剂等领域的制备。
3.2 药物传递系统自组装技术在药物传递系统中的应用也受到了广泛关注。
通过将药物封装在自组装的纳米粒子中，可以实现药物的稳定性增加、靶向性传递和缓释效果。
这种方法可以提高药物的治疗效果，减少副作用，并改善疗效。
3.3 光电器件的制备自组装技术在光电器件的制备中也有广泛应用。
通过调控分子间的相互作用，可以实现有机光电材料的自组装，从而制备出高效率、稳定性好的光电器件。
自组装技术的原理与应用
自组装技术的原理与应用随着科技的不断发展和进步，自组装技术越来越被人们所关注和应用。
那么什么是自组装技术呢？自组装技术是指一种利用物质自行聚合形成更为复杂的结构的技术。
下面我们来详细了解自组装技术的原理和应用。
一、自组装技术的原理自组装技术所涉及的物质一般都十分微小，所以它的行为受到了量子力学影响。
物质之间的相互作用力主要有物理性能和化学性能两种。
自组装技术的原理是在物理性能或者化学性能的基础上，利用物质之间相互作用特性，互相聚合，然后形成更为复杂的结构物质。
在自组装技术中，控制相互作用特定环境的条件和物质的几何结构是至关重要的。
具体来讲，自组装技术种有两个关键元素：基板和分子或者原子。
分子或原子通过各种力的作用，如范德华力、静电力、氢键等，聚合在基板上，从而形成具有所需结构和性质的新物质。
在这个过程中，分子或原子的构型和位置是至关重要的。
二、自组装技术的应用自组装技术作为一种新兴技术，已经在许多领域得到了迅速发展和广泛应用。
1. 纳米领域自组装技术在纳米领域有很多应用。
例如，在生物医学领域，自组装技术可以用来制备纳米药物，改善药物的生物利用度，提高治疗效果。
在电池领域，自组装膜技术可以提高电池的能量密度和循环寿命等，用于制备高效、长寿命的锂离子电池。
2. 纳米电子学自组装技术在纳米电子学领域也有很多应用。
例如，利用自组装技术能够制备出一些具有意义的电器件，如晶体管、量子点发光二极管以及各种微电子学器件。
此外，自组装技术还可以用于制备穿透性的薄膜，提高光电器件的效率。
3. 材料科学自组装技术也可以用来制备新的材料。
例如，利用自组装技术可以制备出具有各种结构和性质的晶体，这些晶体具有很高的应用价值。
此外，自组装技术还可以制备出高度有序的奈米结构和薄膜，用来制备新型材料，如高分子材料、超导体和缓冲材料等。
4. 仿生学自然界中很多生物体内的结构和材料都是通过自组装方式形成的。
仿生学正是利用自然界中的生物材料和结构，来制造出与之相似的材料和结构。
化学物质自组装和自排列
化学物质自组装和自排列自组装和自排列是一种自然界中常见的现象，其本质是物体自发地按照某种规律结构组合起来。
在化学领域，自组装和自排列被广泛应用于合成新型的纳米材料、生物传感器、催化剂等领域。
本文将深入探讨化学物质的自组装和自排列，介绍自组装和自排列的基本概念、机制和应用等方面。
一、自组装和自排列的基本概念自组装是指分子、离子或原子通过互相作用能快速组装成有序的精细结构，自组装可以形成大量和多样的结构形态，例如晶体、凝胶、液晶等等。
自排列是指分子、离子或原子在外部场的作用下，按照一定的规律排列，自然形成有序的结构。
二、自组装和自排列的机制自组装和自排列的机制包括分子间相互作用、外电场作用以及热学等因素干扰等。
1. 分子间相互作用分子间相互作用是自组装和自排列的基础。
常见的分子间相互作用有氢键、范德华力、静电作用、共价键等等。
这些相互作用可使分子之间产生相对稳定的互补或补充。
用多种分子间相互作用作用于单一分子将会使分子朝着有限的方向自组装和自排列。
2. 外电场作用如果将分子置于外电场的作用下，分子之间的相互作用就会产生改变。
如：如果分子带上电荷，则可以使用外电场的作用将分子分开，或分子纳入到新的有序结构中。
直接或间接改变分子充电状态的其它外电场，如：组成基础设施的结晶格、液晶的有序结构、胶体的大量非等正异离子的作用、还有对液体晶体的有显着影响。
3. 热学等因素干扰自组装和自排列是受各种中等甚至微强的热学因素约束的，特别是在低温和密度低的条件下，这样的影响会更加显著。
若热能提升到局部点以上，就可以淡化化学物质之间的热学影响，从而实现自组装和自排列。
三、自组装和自排列在化学领域的应用自组装和自排列已被广泛应用于化学领域中。
它们不仅有助于合成新型的纳米材料、生物传感器、催化剂等，而且还可以促进药物的输送系统和高效能量转换等领域的发展。
1. 合成纳米材料自组装和自排列已成为一种常用的纳米材料合成方法。
通过分子间相互作用，化学物质可以自发组装形成精细的纳米结构。
功能材料中的自组装与自组织
功能材料中的自组装与自组织在材料科学中，自组装和自组织是两个非常重要的概念。
自组装是指分子或纳米颗粒在没有外在干扰的情况下，自发地组装成稳定的结构。
而自组织是指大量的分子或颗粒之间，通过相互作用和动力学过程，形成高度有序的结构。
这两种现象在功能材料的研究和应用中，都有着重要的作用。
一、自组装材料自组装材料是指那些能够通过自组装过程形成稳定结构的材料。
自组装材料通常是由小分子或纳米颗粒组成的，它们在一定条件下，通过静电作用、范德华力、互相识别等方式结合在一起，形成具有一定稳定性的结构。
这种自组装结构具有以下几个特点：1.高度有序性：自组装材料的分子或颗粒会根据其特定的性质和力学规律，形成高度有序的结构，如有序排列的晶格、多孔的材料等。
2.尺寸可控性：自组装过程中，可以通过调节反应条件和组分比例，来控制自组装结构的尺寸和形态。
3.功能性：由于自组装材料具有高度有序性和尺寸可控性，因此其性能和功能也可以被控制和调节，如光、电、磁、催化、生物等多种功能。
自组装材料在很多领域都有着广泛的应用。
例如，自组装薄膜可以用于制备光电器件和传感器；自组装聚合物可以用于储能材料和生物医药领域；自组装纳米晶体可以用于制备高效太阳能电池等。
二、自组织体系自组织体系是指由大量分子或颗粒之间的相互作用和动力学过程而形成的高度有序的结构。
与自组装不同的是，自组织体系中的分子或颗粒是通过相互作用来达到高度有序的状态的。
自组织体系具有以下几个特点：1.多样性：自组织体系可以形成多种不同的结构，如液晶、胶体晶体、自组织膜等。
2.动态性：自组织体系是一个动态平衡的过程，其中分子或颗粒之间会不断地互相作用和交换位置，从而保持亚稳态的结构。
3.可逆性：自组织体系的亚稳态结构可以在一定条件下变化，实现结构的可逆性和可编程性。
自组织体系在化学、物理、生物等领域都有着广泛的应用。
例如，在染料敏化太阳能电池中，光敏分子和电子接受体之间的相互作用会形成自组织体系，提高电荷分离效率；在生物学中，DNA分子和蛋白质之间的相互作用也可以形成自组织体系，具有重要的生物学功能。
超分子化学研究中的自组装现象
超分子化学研究中的自组装现象超分子化学研究是当今化学界的热门研究领域之一，它以分子为基本单位，研究分子之间的相互作用和组装形成的结构性质。
其中，自组装现象是超分子化学研究中的一个关键点。
在这篇文章中，我们将探讨超分子化学研究中的自组装现象，从原理、应用等方面展开讨论。
一、自组装现象的基本原理自组装是指由分子之间的相互作用而形成的结构。
自组装具有以下几个基本特征：（1）无需外界能量的干扰即可自发进行；（2）由初始分子集合形成；（3）由静态平衡所确定。
其中，分子之间的诸多相互作用力是自组装现象的基本驱动力，其中包括静电作用力、范德华力、氢键作用力、金属配位作用力等。
自组装是一个自我组织的过程，涉及到分子之间的相互作用。
分子之间的作用力可为黏附力、范德华力、氢键力、离子键、金属配位键、静电力、π-π相互作用、水合力、疏水作用、磁相互作用等，而这些作用力的大小和特性不同，在自组装过程中发挥着不同的作用。
二、自组装现象的应用A、超分子化学超分子化学是指基于分子间非共价相互作用而实现物理、化学、生物学等领域的功能材料设计和构建。
这项技术通常涉及到自组装现象，可以用于制造材料、用于催化、在药物研究、基因方法和高分子合成等。
B、纳米技术纳米技术是一种能够制造纳米尺寸的物质和工具的知识体系。
纳米技术中的自组装技术是通过分子间的相互作用可以形成不同的结构，控制体系在纳米尺度下的结构和性能。
C、药物研究在药物研究中，自组装技术可以用于开发新型药物，如用于智能药物释放和治疗癌症的载体。
D、智能材料智能材料是指一类能够根据自身内在的能量和信息，自我调整、调节、感知、反应、适应甚至主动控制自身形态和性能的功能材料。
自组装技术在智能材料的设计上拥有重要的作用，从而实现智能电子器件、生物传感器等领域的技术应用。
三、自组装现象的发展与展望随着科技的不断推进，超分子化学作为一种新兴领域在分子材料科学与工程学中占有了举足轻重的地位。
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。
自组装
所谓自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米/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。
自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。
非共价键相互作用：氢键π-π堆积作用亲水憎水作用金属配位作用静电作用电荷转移作用相比于传统的高分子，用自组装形成的超分子聚合物有以下几个优点：合成快捷、方便动态结构可逆，能伸能缩，并具有“自修复”功能，防止出错对外界条件变化反应敏感，可受光、电、热等的控制----两个或多个相同或不同的组分通过可逆的非共价相互作用形成的含有空穴的聚合体。
----其所形成的聚合体在溶液中要有确定的结构，并且能作为分子识别接受器的胶囊要具备单个组分所不具备的结合能力轮烷是由环分子和一个从其内腔穿过且两端带有大的基团（封基，stopper）的线形分子组成的超分子体系。
如果没有封基或封基太小，线形分子与环形分子之间可自由地解离和缔合，则被称为准轮烷（pseudorotaxance）。
轮烷的环状部分大都是冠醚、环酚或环糊精等，轮烷的封基大多为位阻较大的有机分子，也有以过渡金属配合物、C60或具有光电活性的卟啉、蒽、二茂铁为封基的。
在轮烷中，环状分子可以以线形分子为轴发生旋转或平动。
因此，当轮烷中引进特殊的功能片段或识别位点时，在外部光或电信号的作用下，或者受体系温度、酸碱度、化学物质浓度、介质等改变的影响，其会发生线和环相对位置的改变，而当去除外界信号时或体系环境条件复原时，轮烷体系又可以恢复原来的相对位置。
这种特殊的结构特点使其具有分子机器或分子开关的功能，从而可望实现在分子水平上的信息处理。
由此我们可以把自组装胶囊和轮烷相结合，用于靶向药物。
自组装
自组装（self-assembly），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。
自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。
自组装(self-assembly)为系统之构成元素(components；如分子)在不受人類外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象[1]，例如分子的结晶即是一种自组装现象。
自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的狀态转化成一个有序(ordered)的狀态，其可以发生在不同的尺度，例如分子首先聚集成奈米尺寸的超分子单元(supramolecular unit；如界面活性剂分子自组装成微胞；如图一所示)，这些超分子单元间的作用力进而促使其在空间上做规则的排列(如微胞排列成体心立方之晶格)，而使系统具有一种阶级性结构(hierarchical structure)。
自组装普遍存在於自然界中，如生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成；而运用各种分子之自组装亦是建构奈米材料非常重要的方法，这种所谓由下而上（bottom-up）的方法目前被广泛应用來制备具光、电、磁、感测、与催化功能的奈米材料多分子自组装体化学概述分子聚集体化学是化学发展的新层次。
分子聚集体化学以分子之间的弱相互作用及其协同效应为基础，自组装是创造具有新颖结构和功能的有序分子聚集体的重要手段。
分子聚集体的化学为实现化学学科的知识创新提供了契机，同时它与物理、生物、材料等学科交叉融合，而成为产生新概念和高技术的重要源头之一。
拟解决的关键科学问题：多层次、多组分的分子自组装及组装动态过程；分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性；分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换。
自组装名词解释
自组装名词解释
自组装是指消费者（例如你）根据自己的需求，采用自制或者自行组装来实现一个或多个目标。
自组装可以被用于生产汽车、机器人和其他产品，也可以用来制作衣物和家具等日常用品。
自组装技术可以追溯到18世纪以前，当时工匠们把自己的工艺和技术用于制作各种机械设备，从而组装出一系列完善的产品。
近代的自组装技术的发展主要依赖于机械技术的发展，机械设备的大量应用为组装设备的发展提供了坚实的基础。
现代计算机技术的运用使得自组装的过程更加容易和快捷，消费者可以利用自组装的方式采购和组装自己需要的产品，例如家具、家电等。
自组装技术有利于提高生产效率，减少生产成本，以及提高产品质量和可靠性。
它可以帮助消费者节省时间和金钱，避免额外的安装成本，工作量更少，清理更方便。
此外，由于自组装所需的材料可以重复使用，可以有效减少废品产生，改善环境污染。
自组装也有许多限制，包括组装步骤复杂、缺乏关键零件以及缺乏完整的技术支持。
此外，消费者需要有足够的技术知识和工具来完成自组装，以确保安全和正确的使用。
综上所述，自组装是一种可以回归自然、改善产品质量、节约成本的创新方式。
它的普及将有助于社会发展，有助于提高国民的技术水平，激发消费者的创造力，以及改善消费者的生活质量。
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从小分子表面活性剂到大分子嵌段共聚物
H(CH2
CH2)n COOH
n= 5---10
Bu ( CH2
CH ) x
( CH2
CH ) y COOH
H
x = 50----1000, y = 5----100
嵌段共聚合物在溶液中的胶束化 嵌段共聚物在溶液中通常保持其不同嵌段的不相容性
在水溶液中，疏水链段驱动聚合物的聚集
要各学科研究者的共同努力，才能取得更进一步的发展。作为超分子化
学这一前沿学科的一个分支，我们有理由相信，自组装技术在今后的几 年里必将对纳米材料的制备起到巨大的推动作用。
1981年，IBM苏黎世研究所的G. Bining and H. Rohrer，发 明扫描隧道显微镜，开始了0---100nm的研究领域。 ---------------Nanoscale science and techonology 1987年，J. M. Lehn首次提出超分子化学概念 ---------------Supermolecular chemistry 80年代后期，提出分子自组装的概念 ---------------Molecular self-assembly Definition: 分子与分子在平衡条件下，通过分子间非共价键力 的作用自发地形成稳定分子聚集体的过程。是分子水平构筑功能 材料的方法。
Caruso F. Adv. Mater., 2001, 13:11
嵌段共聚物的自组装法
J.Am.Chem.Soc., 1999, 121:3805 Macromolecule, 1998, 31:6554
Meire etal,
Langmuir, 2000, 16:1035; mun. 2000,1433
Macromol. Rapid Commun., 25,1575-1578, 2004
— 共 溶 剂 的 影 响
胶 束 的 形 态 结 构
TEM pictures of PCEMA61-bPNIPAAm22 crew-cut aggregates made in various common solvents: (A) DMF; (B) acetone; (C) dioxane; (D) THF (the initial copolymer concentration is 1.0 wt%).
智慧
wisdom
weishioit
日本，江本胜，水知道答案 水能听，能看，水知道生命的答案
水是生命之源
水最重要的一个特性， 是在4度时候密度最大。
Is it possible to synthetic life?
2002年，美国一个科学小组利用从网络上下载的基因序列编码，在 实验室中成功合成出小儿麻痹病毒。这被当时的一些科学家认为是人 工合成生命的开端.
在溶液中，体系达到平衡时，胶束化过程的Gibbs自由能是由多方面的 贡献组成的：疏水链作为分子的熵变，不同嵌段连接点固定于聚集体界 面的熵变等。
多重形态：
右图这些结构由PSb-PAA和其他双亲 性共聚物如PS-gP4VP及PS-b-PEO 在水溶液中自组装 得到，聚集态呈现 顺序通常跟水的加 入量密切相关。
球状胶束聚集体
对于两嵌段共聚物而言，其疏水和亲水部分大小可调，通过聚 合工艺的控制，不溶性嵌段和可溶性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ段之比是可以调节的， 从而可以获得一系列对称和不对称的两嵌段共聚物。具有较长 亲水链段的非对称双亲性两嵌段共聚物，在水溶液中最终形成 大壳小核的星形胶束。相反，含有长疏水链段的非对称双亲性 两嵌段共聚物会聚集成大核小壳的胶束，成为：平头（Crewcut）.
的非共价键存在，因为只有这样，才能形成足够稳定的纳米结构体系； ②组装形成的纳米结构体系能量较低，这也是出于对产物稳定性要求的 考虑。利用 自组 装技术制备纳米材料具有以下特点：①粒径可控，分 散性好；②纯度高，废物少；③产物较稳定，不易发生团聚现象；④操 作仪器简单，但对条件的控制要求精确；⑤产量较小。 到目前为止，经过各国科学家的大量工作，自组装技术已能用来制 备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材 料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机 / 无机纳米复合材料。 纳米结构自组装是一个多领域、多学科在纳米结构尺度交叉的学科，需
而近年来，随着纳米材料研究的兴起，分子自组装 (molecular self-assembly) 也逐渐受到关注，它是指分子与分子在平衡条件 下，通过分子间非共价键力的作用自发地结合成稳定的分子聚集体 的过程。自组装是以分子水平构筑功能材料的一种新方法。
利用自组装技术制备纳米材料时，必须有两个前提条件：①有足够数量
如何在溶液中制备平头型聚集体？
例子：
首先将两嵌段共聚物溶于两嵌段共聚物两种链段的共溶剂中， 配制成低浓度的溶液（< 2%质量分数）。该共溶剂能与某一链段 的沉淀剂互溶，如四氢呋喃既是PS又是PAA的共溶剂，又能与PS 链段的沉淀剂水互溶。 PS-g-PAA，PS-g-PEO，PS-g-PVP，双亲性两嵌段共聚物， 常用的共溶剂有：二氧六环，DMF， THF或者他们的混合物。然 后再缓慢加入水一类的沉淀剂。水的加入使整个溶剂体系变得不利 于PS链段的溶解，当水含量增加到某一特定浓度时，PS链段发生 聚集。 聚集体形态的冻结： 可以将聚集体溶液快速倾入大量水中使聚集态冻结。
自组装
Self-assembly
张军华 高分子材料工程国家重点实验室
材料科学家们从生物体得到启示，提出一种新的制 造理念，它的基础是能进行自我制造的材料和机器，
即自组装。
自组装的概念不是新的，它是出自自然界的启示。 事实上，一些普通产品的制造早就利用了自组装的 原理。
DNA双螺旋结构
雨滴的图片
2004年12月21日，美国洛克菲勒大学的生物学家埃尔伯特· 里勃切特博 士领导的研究小组宣布，他们尝试创造人造生命已经进入实验阶段—— 借助化学反应，他们制造出了像活细胞一样可以自己生长的生命形式。 “一种生物必须有遗传物质的存在和遗传功能的表达，从这个意义上来 说，现在他们制造出来的还远不是一个物种，只是一些有机高分子、生 命物质的聚合物体，它还不能自我复制 Toward Synthetic Life: Scientists Create Ribosomes -Cell Protein Machinery ScienceDaily (Mar. 9, 2009) — Harvard scientists have cleared a key hurdle in the creation of synthetic life, assembling a cell’s critical protein-making machinery in an advance with both practical, industrial applications and that advances the basic understanding of life’s workings.
球形胶束 如上图a所示
棒 在含球形胶束的平衡溶液中加水会导致胶束表面能的增加。 胶束粒径增大的同时胶束数量减少，导致胶束总标面积减 小以维持较低的表面能。胶束粒径增加会引起核内链段的 伸展度增加，进而导致形成一个新的低自由能结构-----棒
囊泡及其它双层结构
六方体形结构的中空箍
大复合胶束
溶液中嵌段共聚物聚集体形态的影响因素 为体系自由能做出贡献的三种力： ★ 成核链段的伸展度 ★ 壳间斥力 ★ 界面能
初 始 共 聚 物 浓 度 的 影 响
TEM pictures of PCEMA61-b-PNIPAAm22 crew-cut aggregates made in acetone at various initial copolymer concentrations: (A) 0.5 wt%; (B) 1.0 wt%; (C) 1.5 wt%; (D) 2.0 wt%; (E) 2.3 wt%; (F) 3 wt%.
自组装最根本的基础是分子间非共价键力，利用弱的和较小方向
性的非共价键力如：氢键，范德华力，离子键协同作用，把离子，
原子，分子连接在一起构筑一个纳米量级的结构。
自然界是自组装的鼻祖，有两种主要的自组装形式： 热力学自组装----------如雨滴的形成
编码自组装-------------如有机分子自组装成一定功能的组织
两嵌段共聚物中，不溶链段的分子质量越大，临界胶束浓度就越低。 在嵌段共聚物中不溶嵌段以共价键与可溶链段相连，不溶嵌段聚集 时，可溶嵌段阻止了沉淀的发生，因此胶束化过程取代了沉淀过程。
热力学问题：
严格来说，胶束在溶液中与单链处于热力学平衡态。但体系中非 常缓慢的链运动会妨碍到热力学最稳定状态。
向共聚物中加水，两个嵌段的聚合物-溶剂相互作用参数x就会发 生变化。在临界胶束浓度下，共聚物开始聚集并形成相分离区。 进一步增加水含量会增大两相间的表面能，体系趋于增加聚集体 半径以减小界面面积，因而伴随着胶束数量的减少。胶束的单链 交换速率将决定体系是否达到平衡。由于聚合物链的尺寸很大， 胶束间的链交换需要相当长的时间。 对于成核链段PS的情况。当体系含水量较低时，胶束内含有较多 溶剂，可降低PS段的Tg。继续向体系加水，会降低共溶剂浓度， 浓度差使共溶剂向核外扩散。核内共溶剂减少，PS段的Tg升高。 一旦玻璃化转变温度高于室温，胶束核就发生玻璃化转变，聚集 体的形态和尺寸就被冻结。
George Church, a genetics professor at Harvard Medical School and member of Harvard’s Origins of Life Initiative, reported the creation of billions of synthetic ribosomes that readily create a long, complex protein called firefly luciferase. Church, speaking at a Harvard Alumni Association and Origins of Life Initiative event at the Science Center on Saturday afternoon (March 7), described the advance for the first time publicly as part of an afternoon symposium called “The Future of Life.” “We have not made artificial life, and that is not our primary goal, but this is a huge milestone in that direction,” Church said in comments on the work before the event.