《纳米技术资料》PPT课件

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1、第二节超分子体系与分子自组装技术一、超分子体系二、分子自组装技术三、富勒烯四、碳纳米管超分子体系超分子是指两个或多个分子通过分子间的弱相互作用（如静电力、氢键、范德华力等）而形成的复杂有序、具有特定功能的组织体系。接受体与底物分子识别生物体代谢与分子识别分子器件超分子体系涉及的面很宽，较简单的可以是由接受体和底物组分通过分子间缔合和分子识别组成寡分子，也可以由数目不定的组元分子借助于分子组装、自组装和协同作用生成的多层膜、液晶等物相建立起的有序多分子系综。这些系综具有特定的相行为和比较明确的微观结构和宏观特

2、征。超分子体系返回超分子体系由超分子化学进行研究，它将配位化学中配合物的“中心原子（或离子）”和“配体”两个主要组成部分拓的更宽，采用“接受体”和“底物”这两个专门术语；接受体与底物返回超分子的底物（对应于配位化学中的中心原子）可以是无机、有机和生物中的各种阳离子、阴离子和中性分子。能以一定强度和选择性与底物相结合的部分被称为接受体（对应于配位化学中的配体）。分子识别是指特定接受体与底物的成键和选择作用，也可定义为主体（接受体）对客体（底物）选择性结合并产生某种特定功能的过程。分子识别包含两方面的内容：分子

3、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。应用:人们可利用多种分子间相互作用能量和主体化学方面的知识设计出人工受体分子，它们选择性地与底物结合，形成超分子结构。返回生物体代谢与分子识别自然界中存在许多选择性识别和选择性传输物质的载体。细胞膜就是通过选择性通透作用来摄取营养和排泄废物，它由类脂和蛋白质按一定规律排列构成生物膜（厚度2～10nm）包裹在细胞外面。生物体的一切代谢过程都是在酶的催化下迅速完成的，酶与底物、酶与蛋白抑制剂、激素与受体、抗体与抗原结合所表现出来的

4、分子识别的专一性，是生物超分子体系的典型实例。这为生物芯片的发展提供了理论基础。返回分子器件是构筑于超分子中结构组织化、功能集成化的化学系统，包括分子导线、分子开关、分子整流、分子储存元等。分子器件返回比如：具有类胡萝卜素和紫精特征的甲基紫精的联乙烯衍生物就代表了一根分子导线。分子导线有组装成超小型电路的可能。分子自组装是在平衡的条件下，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、结构完整的二维和三维超分子的过程。分子自组装技术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（I

5、SAM）基于分子识别的超分子合成技术返回基本方法：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；如果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。基于化学吸附的自组装膜技术（SA）SA成膜技术是一种基于化学反应的化学吸附。SA成膜的主要特征：基于化学吸附的自组装膜技术返回原位自发形成；热力学性质稳定；无论基

6、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。离子自组装技术是1991年由美国密歇根州立大学的戴彻尔等人首先提出来的。基于物理吸附的离子自组装技术及应用离子自组装技术：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，如此重复进行，即成多层聚电解质自组装膜。静电排斥和高分子链

7、间的范德华力相互作用，决定了单层膜的厚度。特点：基于物理吸附的离子自组装技术及应用对沉积过程或膜结构进行分子级控制；利用连续沉积不同组分的办法，可实现层间分子对称或非对称的二维或三维超晶格结构，从而实现膜的光、电、磁、非线性光学性能的功能化；可以仿真生物膜的形成；层与层之间强烈的静电作用使膜的稳定性极好；与基于化学吸附法制备有机复合膜相比，试验结果具有很好的重复性。举例：吉林大学沈家骢院士领导的课题组组装卟啉/酞菁交替膜，称为“分子沉积膜”，简称MD膜。基于物理吸附的离子自组装技术及应用返回基于分子识别的超

8、分子合成技术及其应用超分子合成技术：在平衡条件下，分子间通过弱的、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，是超分子化学的重要组成部分。分子晶体、液晶、胶束、三维骨架等都可由此制备。自然界中的自组装：热力学自组装如雨滴，它呈现出能量稳定性的形式；编码自组装由生命体所体现，即有机分子自组装成有一定功能的组织器官