自组装超薄膜：从纳米层状构筑导功能组装

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1、CDE-))高等学校化学学报FD-0)((&年0月GHI;JG17K/LMF17/NGHJFI:ILFJCIM:JOJI:&(249&(02PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP!综合评述"自组装超薄膜#从纳米层状构筑到功能组装吴涛张希$吉林大学超分子结构与谱学教育部重点实验室%化学系%长春&’(()’*摘要总结了一种新型的超薄膜自组装技术交替沉积组装技术的发展现状%着重对成膜推动力+生物分子的层状组装+无机,有机杂化结构+有机小分子化合物

2、的层状组装+超薄膜化学修饰电极+层间化学反应及非平面基底上的层状构筑等几个方面的问题进行了讨论-关键词自组装.有序分子膜.分子间相互作用中图分类号/0’&文献标识码1文章编号()2&3(45($)((&*(03&(243(5在生物体系中%各种复杂+精巧的功能是通过生物分子间的多种弱相互作用的协同效应来实现的-一些生物大分子也是基于它们特定的三级结构%通过分子片断间的各种弱相互作用%自发的组装+堆积形成多层次的空间结构%并最终实现其生物功能的-随着主3客体化学的引入%在许多有机,无机体系中都可以看到%分子间基于特定的结构%通过一定

3、的相互作用组装形成聚集体%并实现特定的功能-因此%分子聚集体的功能蕴含于特定结构的分子的组装之中-在此基础上发展起来的超分子化学!&%)"则把对分子聚集体结构和功能作为研究对象%从而在一个比分子更高的层次上实现了化学各分支学科的融合及与其它学科的交叠!’"-它旨在研究分子基于弱相互作用的组装+自组装和自组织行为%并研究这些行为可能带来的结构和功能的改变%以期建立结构和功能之间的关系!6"-在对各种超分子组装体系的研究中%自组装超薄膜由于其结构简单且容易控制%制备相对容易等特点而引起人们极大的兴趣!2"-自组装超薄膜的制备是基于分

4、子的界面组装实现的-一方面%界面上的分子在时间+空间上均处于受限状态%从而可以方便地产生特殊形态与结构的组装体.另一方面%便于用各种先进的表面+界面手段进行表征及信息转换-在此自组装超薄膜体系中%通过调节膜厚+引入功能基团及诱导功能基团取向%控制表面性质及界面扩散等方法可以使其具有一定的结构和功能%进而研究结构和功能之间的关系%最终实现由分子组装构筑功能器件-目前%研究得最多的’种制备有机超薄膜是#78膜技术!0"!495"的自组装膜技术和交替沉积组装技术!&(9&6"+基于化学吸附-78膜技术是由两亲性分子在气,液界面铺展形成

5、单层膜%然后借助特定的装置将其转移到固体基片上形成单层或多层膜的技术-这样形成的78膜%层内有序度较高%结构较规整-但是这种技术需要较昂贵的仪器%并且形成的78膜由于层间是分子间相互作用%膜的稳定性较差-基于化学吸附的自组装膜技术通常包括两个步骤#$&*小分子化合物$如硅烷或烷基硫醇*通过化学吸附形成单层膜.$)*通过活化得到活性表面从而吸附下一层分子-循环这两步可以制备多层膜-这样得到的单层膜有序度较高%化学键稳定性也较好-烷基硫醇在金表面形成的自组装单层膜$:1;<*已被用作表面图案化!&2"-这种选择性的化学吸附初看起来非

6、常容易%然而实际操作中快速+定量的化学吸附要求有高反应活性的分子和特殊的基底表面%并且由于化学反应的产率很难达到&((=%要制备结构有序的多层膜并不容易-!&("提出了由带相反电荷的聚电解质在液,固界面通过静电作用交替沉积形成多层膜的技>?@A?B等术-这种组装技术只需将离子化的基片交替浸入带有相反电荷的聚电解质溶液中%静置一段时间%取收稿日期#)(((3(03)(-基金项目#国家自然科学基金委员会杰出青年基金$批准号#)54)26(5*资助-联系人简万方数据介#张希$&502年出生*%男%博士%教授%博士生导师%教育部长江学者

7、奖励计划特聘教授%主要从事超分子组装与聚合物超薄膜研究-#ESM高等学校化学学报uij%PPvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv出冲洗干净!循环以上过程就可以得到多层膜体系"图#$%基片的离子化修饰方法很多!依不同基底而异%这种组装技术构筑的多层膜尽管有序度不如AB膜高!但由于其具有过程简单!不需要复杂的仪器设备!成膜物质丰富!成膜不受基底大小和形状的限制!制备的薄膜具有良好的机械和化学稳定性!薄膜的组成和厚度可控等诸多优点!近年来被广泛

8、接受!并被认为是一种构筑复合有机超薄膜结构的有效方法%由于静电相互作用的非特异性!多种物质已经被成功地组装到多层膜体系中!如C人工合成的聚电解质D#E!##FD#H!#IFD#MFD#NOP#FG蛋白质GJKLG胶体微粒G无机薄层DPPF等%除了依靠静电相互作用