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1、纳米颗粒液相自组装技术纳米颗粒自组装基础知识01纳米颗粒自组装方法02文献报告03CONTENTS目录纳米颗粒自组装基础知识01分子及纳米颗粒(nanoparticles,NPs)等结构单元在平衡条件下．通过非共价键作用自发地缔结成热力学上稳定的、结构上确定的、性能上特殊的聚集体的过程。自组装的概念自组装过程的特点是：一旦开始，将自动进行到某个预期终点，期间不需要外力的干预。特殊结构特殊性质特殊功能自组装的本质是物理过程，归属于基于分子间弱相互作用(<100kJ/mol)的超分子化学范畴。分子间作用力种类荷电基团静电作用(1/r)：带电基团之间的相互作
2、用力；离子-偶极子作用(1/r2)离子-诱导偶极子作用(1/r4)范德华力：偶极子-偶极子作用(取向力)(1/r6)偶极子-诱导偶极子作用(诱导力)(1/r6)诱导偶极子-诱导偶极子(色散力)(1/r6)氢键：氢原子同时与两个电负性大但半径小的的原子(如O,F,N)相结合的作用力；疏水基团相互作用：带电基团或极性基团彼此间的相互作用较强，再加上氢键的形成使它们倾向于聚集在一起，而将非带电基团或非极性基团排挤在外。电荷转移相互作用：Lewis酸碱之间的配位作用，遵循软硬酸碱理论；非键电子排斥作用(1/r9-1/r12)：强的非键电子对之间的排斥力；π-π
3、堆叠作用：常常发生在芳香环之间的弱相互作用，通常存在于相对富电子和缺电子的两个分子之间。Fig1.RepresentativeTEMimagesofAunanoparticlesofdifferentshapesandsizes.(A)Nanospheres.(B)Nanocubes.(C)Nanobranches.(D,E,F)Nanorodsofdifferentaspectratios.(G)Nanobipyramidsofdifferentaspectratios.金属纳米颗粒多用液相法制备单分散的金属NPs然而在液相中，金属NPs的相互作用较
4、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。Langmuir,2008,24:5233-5237.分离是强化定向迁移和减小非定向扩散的过程Table1.InteractionspotentialsSmall,2009,5,No.14,1600–1630.纳米颗粒自组装方法02模板法无模板法外场定向法纳米颗粒自组装模板法模板(Template)：含有许多能选择性结合目标NPs的位点，从而诱导NPs可控形成与模板结构相关的组装体的一维、二维或三维的基底(通常比NPs的尺寸大)。软模板：通常为两亲性分子形成的有
5、序聚集体，主要包括胶束、反相微乳液、液晶等。硬模板：通常为具有微纳米孔道结构的刚性材料的表面，如碳纳米管、阳极氧化铝薄膜、聚苯乙烯微球等。J.Mater.Chem,2006,16:22-25.Langmuir,2007,23,5757-5760.J.Phys.Chem.B,2003,107,7426-7433.模板法无模板法Fig2.Schematicrepresentationoftemplate-freeassembliesbasedondifferentstimuli-responsivemechanismsNPs的无模板定向自组装(Templa
6、te-freeDLS)：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。ACSNano,2010,4,3591-3605.外场定向法NPs的外场定向自组装(ExternallyDLS)：利用外场(如电场、磁场、流体场、表面张力场等)控制单分散的NPs在液相中定向移动和排列，形成周期性排列的组装体。Fig3.Externallydirectedself-assemblies.(a),thegrowthofmicrowiresfromgoldNPs,assemb
7、lyofmicrometerdiametercolloidalparticlesintohexagonallyclose-packedarrayinACelectricfield,assemblyofmetallo-dielectricjanusparticles,andellipsoidalparticles.(b),flow-fieldinducedself-assembly.ACSNano,2010,4,3591-3605.外场定向法Fig4.High-magnificationimagesofparticlesnearthedropcontac
8、tline.a–c,Top,microscopeimagesofaregionwithinth
