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。
研究内容
1、分子间相互作用的协同效应与自组装原理：通过多识别位点单体的组装，阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性，建立二维及三维空间分层次组装的有效原理和方法。
2、多层次、多组分的界面分子组装与功能：致力建立多级界面分子组装方法，研究溶液中的有序组装体在界面转化的规律及其动态形成过程和解组装过程，实现多组分、多层次的功能组装体构筑。
3、超分子复合物体系组装及组装过程：基于各种弱相互作用组装形态和性质各异的超分子复合物，实现由超分子复合制备功能超分子材料。
4、分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换：研究分子聚集体中的电子转移和能量传递，为太阳能光催化制氢提供依据；研究分子聚集体中的化学转化，为提高化学反应的选择性提供新的途径。
5、分子组装体的手性及功能性手性组装体：研究分子组装体中的手性问题，并创造具有手性放大、手性传递、手性记忆等功能的手性组装体。
6、生物膜模拟与人工酶：以聚合物囊泡作为模型体系，分别从形态、结构和功能三个层面来模拟生物膜；构筑新型高效超分子人工酶体系。
预期目标
1.建立分子自组装的新概念和新技术，揭示分子自组装的动态过程，认识分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性，阐明分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换的规律，使我国分子聚集体化学的研究水平继续跻身于国际先进行列，某些领域达到国际领先的水平；
2.发展具有高效率、高选择性的分子聚集体微反应器和超分子酶催化体系，创造若干新型智能响应的功能超分子材料，在分子组装的功能研究方面做出具有重要应用意义的成果；
3.形成一支具有坚实的理论基础、创新能力、团队精神并且在国际上有重要影响的优秀研究队伍。
价值
超分子自组装是近年来倍受重视的国际前沿课题。超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的聚集体。它往往表现出单个分子或低级分子聚集体所不具有的特性与功能。因此，研究不同层次有序分子聚集体内和分子聚集体之间的弱相互作用是如何通过协同效应组装形成稳定的有序高级结构；弄清分子结构与分子聚集体高级结构之间的关系和聚集体结构与性能的关系，揭示物质多层次构筑的内在规律，揭示了一些新的科学现象并提出了新的理论计算方法，能对信息、能源，生命，环境和材料科学中涉及分子以上层次的问题的认识产生飞跃。超分子自组装的研究首先从生物体系的研究受到启发：生命体系中大分子的高级有序结构对其生物活性与功能起着非常重要的作用，由许多弱相互作用点共同作用使得很复杂的生物高分子形成严格一致的分子形状和尺寸，正是这种弱相互作用对大分子三维构筑的精确控制，才使得生命过程成为可能并得以实现，而这个过程就是超分子自组装过程。前人的研究主要是通过具有规整结构的构筑单元通过超分子自组装获得纳米或微米尺度的有序聚集体。而有序体尺度越大，越难以实现高级有序结构.
分子间作用力又被称为范德华力，按其实质来说是一种电性的吸引力，因此考察分子间作用力的起源就得研究物质分子的电性及分子结构。
其能量计算的经验方程为:U =B/r 12- A/r 6 (对于2 个碳原子间,其参数值为B =11.5 ×10-6 kJnm12/mol ；A=5.96 × 10-3 kJnm6/mol；不同原子间A、B 有不同取值12和6为公式的上角标，百度词条无法区别上下脚标）当两原子彼此紧密靠近电子云相互重叠时，发生强烈排斥，排斥力与距离12 次方成反比。图中低点是范德华力维持的距离作用力最大，称范德华半径。
[1]
范德华力又可以分为三种作用力：诱导力、色散力和取向力
氢键
中文名称：氢键
英文名称：hydrogen bond
定义1：
氢原子与电负性的原子X共价结合时，共用的电子对强烈地偏向X的一边，使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合，形成的X—H ┅Y型的键。
定义2：
和负电性原子或原子团共价结合的氢原子与邻近的负电性原子（往往为氧或氮原子）之间形成的一种非共价键。在保持DNA、蛋白质分子结构和磷脂双层的稳定性方面起重要作用。
下是N-H…O，N-H…N型的氢键，因为这样氢键很多，因此这些结构是稳定的，此外，水和其他溶媒是异质的，也由于在水分子间生成O-H…O型氢键。
因此，这也就成为疏水结合形成的原因。·
形成的条件
⑴与电负性很大的原子A 形成强极性键的氢原子。
⑵较小半径、较大电负性、含孤对电子[1]、带有部分负电荷的原子B (F、O、N)
氢键的本质: 强极性键(A-H)上的氢核与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电引力。
⑶表示氢键结合的通式
氢键结合的情况如果写成通式，可用X－H…Y①表示。式中X和Y代表F，O，N等电负性大而原子半径较小的非金属原子。
X和Y可以是两种相同的元素，也可以是两种不同的元素。
⑷对氢键的理解
氢键存在虽然很普遍，对它的研究也在逐步深入，但是人们对氢键的定义至今仍有两种不同的理解。
第一种把X－H…Y整个结构叫氢键，因此氢键的键长就是指X与Y 之间的距离，例如F－H…F的键长为255pm。
第二种把H…Y叫做氢键，这样H…F之间的距离163pm才算是氢键的键长。这种差别，我们在选用氢键键长数据时要加以注意。
不过，对氢键键能的理解上是一致的，都是指把X－H…Y－H分解成为HX和HY所需的能量。
（5）氢键的饱和性和方向性
氢键不同于范德华引力，它具有饱和性和方向性。由于氢原子特别小而原子A和B比较大，所以A—H中的氢原子只能和一个B原子结合形成氢键。同时由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子B′就难于再接近氢原子。这就是氢键的饱和性。
氢键具有方向性则是由于电偶极矩A—H与原子B的相互作用，只有当A—H---B在同一条直线上时最强，同时原子B一般含有未共用电子对，在可能范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子B 中负电荷分布最多的部分最接近氢原子，这样形成的氢键最稳定。
同种分子之间
现以HF为例说明氢键的形成。在HF分子中，由于F的电负性（4.0）很大，共用电子对强烈偏向F原子一边，而H原子核外只有一个电子，其电子云向F原子偏移的结果，使得它几乎要呈质子状态。这个半径很小、无内层电子的带部分正电荷的氢原子，使附近另一个HF分子中含有负电子对并带部分负电荷的F原子有可能充分靠近它，从而产生静电吸引作用。这个静电吸引作用力就是所谓氢键。即F-H...F。
不同种分子之间
不仅同种分子之间可以存在氢键，某些不同种分子之间也可能形成氢键。例如NH3与H2O之间。所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度：1体积水中可溶解700体积氨气。
分子内氢键
某些分子内，例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键，还有一个苯环上连有两个羟基，一个羟基中的氢与另一个羟基中的氧形成氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制，X－H…Y往往不能在同一直线上。分子内氢键使物质熔沸点降低。分子内氢键必须具备形成氢键的必要条件，还要具有特定的条件，如:形成平面环，环的大小以五或六原子环最稳定，形成的环中没有任何的扭曲。
双氢键与Π氢键
不同分子之间还可能形成双氢键效应，写为B-H… H-A。比如H3N—BH3，而双氢键很容易脱去H2，所以双氢键也被看成氢化物脱氢的中间体。另外在大分子中往往还存在π—氢键，大π键或离域π 键体系具有较大的电子云可以作为质子的受体，而形成π—氢键，也称芳香氢键，在稳定多肽和蛋白质中也起着重要作用。
如图所示在CAP—DNA 复合物中，苯丙氨酸的芳香环和胞嘧啶形成芳香氢键（DNA interaction.Nature Struct. Biol., 3, 837-841）
氢键对物质性质的影响
前言
氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的，如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物。氢键的存在，影响到物质的某些性质。
熔点、沸点
分子间有氢键的物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须提高温度，额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。分子内生成氢键，熔、沸点常降低。例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点（45℃）比有分子间氢键的间位熔点（96℃）和对位熔点（114℃）都低。
溶解度
氢键与沸点关系图
在极性溶剂中，如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。HF和NH3在水中的溶解度比较大，就是这个缘故。
粘度
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为粘稠状液体。
密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象，例如液态HF，在通常条件下，除了正常简HF分子外，还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n。nHF(HF)n 。其中n可以是2，3，4…。这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响液体的密度。
氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时大大地影响了分子间的结合力, 故物质的熔点、沸点将升高. CH3CH2-OH 存在分子间氢键，而分子量相同的H3C-O-CH3 无氢键，故前者的 b.p. 高。
HF、HCl、HBr、HI , 从范德华力考虑半径依次增大, 色散力增加 b.p. 高, 故 b. P. 为HI > HBr > HCl, 但由于HF 分子间有氢键，故HF 的b.p. 在这里最高破坏了从左到右 b.p. 升高的规律. H2O, NH3 由于氢键的存在在同族氢化物中 b.p. 亦是最高.
H2O 和HF 的分子间氢键很强, 以致于分子发生缔合以(H2O)2、(H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而(H2O)2 排列最紧密4℃时, (H2O)2 比例最大故4℃时水的密度最大. 可以形成分子内氢键时, 势必削弱分子间氢键的形成. 故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高。
分子自组装原理及应用 【摘要】：分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装；自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据
Self-Assembly & Self-Organization Fluid Crystallization Self-Assembly Lab & Arthur Olson Fluid Crystallization, exhibited as part of the Architectural League Prize Exhibition, is a project that investigates hierarchical and non-deterministic self-assembly with large numbers of parts in a fluid and turbulent environment. Three hundred and fifty hollow spheres were submerged in a 200-gallon glass water-filled tank. Armatures, modeled after carbon atoms, followed intramolecular covalent bonding geometries within atoms. Intermolecular structures formed as spheres interacted with one another in 1, 2, or 3-Dimensional patterns. The highly dynamic self-assembly characteristic of the system offers a glimpse at material phase-change between crystalline solid, liquid, and gaseous states. Turbulence in the water introduced stochastic energy into the system, increasing the entropy and allowing structures to self-assemble; thus, transitioning between gas, liquid, and solid phases. Polymorphism could be observed where the same structures could solidify in more than one crystalline form, demonstrating the versatile nature of carbon as a building block for life.
咪唑衍生物与金属离子超分子自组装形成配位聚合物凝胶 游劲松 四川大学化学学院 成都 610064 在有机配体中引入金属离子，通过金属－配位作用促进分子凝胶化，可以使得到的凝胶具有单纯有机凝胶因子所没有的独特物理化学性质，因而最近几年有关这方面的研究引起了人们的关注。然而，尽管配位聚合物－桥联有机配体链接的无限拓展的配位键网络在晶态材料的构筑中已取得突飞猛进的发展，但直接利用配位聚合物的概念来设计凝胶因子却极少有人涉足，并且其形成机制仍难以琢磨。在有限的几例有关配位聚合物凝胶的报道中，所选用的有机配体仍然摆脱不了辅助基团，例如：长链烷基、醚链、芳基、甾体等，依靠其提供的额外非共价键作用（氢键、π-π堆积、范得华力等）来促成凝胶化。这些辅助基团的引入，极大地限制了配位聚合物凝胶的发展。那么配位聚合物凝胶可不可以像晶体材料一样，使用简单的配体呢？换句话说，在没有辅助基团存在的情况下，是否可以使配位聚合物停留在凝胶状态呢？这是一个非常有趣的问题，解决它将会是一项非常有意义的工作。我们设计合成了一系列咪唑配体，发现它们可与具有适当配位构型的过渡金属离子形成具有微观形态和功能各异的配位聚合物凝胶，获得了一些晶态和凝胶态材料的生成规律。 N N N N N N HO N N O O O O O O O O O N N N N N N N N NaO 3SO N N N N O O O O N N O N N n N N N N N N N N N N N NH N 探索由简单配体构筑配位聚合物凝胶体系，对功能性软材料的开发以及晶体工程学都有重要意义：一方面，可以极大的拓宽配位聚合物凝胶的结构类型，探究结构与性能的关系；另一方面，可以通过认识和总结晶态和凝胶态材料生成规律，从而为最终形成指导定向合成配位聚合物功能材料的规律提供理论依据。 参考文献 1. Zhang, S.; Yang, S.; Lan, J.; Tang, Y .; Xue, Y .; You, J. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 1689-1691. 2. Zhang, S.; Yang, S.; Lan, J.; Yang, S.; You, J. Chem. Commun. 2008, 6170-6172. 3. Zhang, S.; Lan, J.; Mao, Z.; Xie, R.; You, J. Crystal Growth & Design , 2008, 8, 3134-3136.
分子自组装原理及应用 毛薇莉无机专业MG0424012 【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装;自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体[2]。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性[3]。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件[4]:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种 膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。
第24卷 第5期大学化学2009年10月 今日化学 超分子聚合物:自组装的高分子 阎云 (北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 简单介绍基于氢键、主客体化学、以及金属配位作用形成超分子聚合物的研究进展,着 重概述了金属配位超分子聚合物的形成、特点及其与异电荷物质的静电自组装。 最近10年,超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在高分子和小分子自组装领域备受瞩目。顾名思义,这类分子具有超分子和聚合物的双重特点。说它是超分子,是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构;说它是高分子,是因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元,就像由许多结构基元聚合而成的高分子一样。不同的是,传统的高分子一般是在引发剂存在下,在一定温度和压力下通过聚合反应形成的,其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的,不需要任何引发剂。由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在,使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生,这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。本文介绍氢键、主客体化学以及配位作用驱动的超分子聚合物的形成及特点,并着重介绍金属配位超分子聚合物,以及基于金属配位超分子聚合物的高级静电自组装。 1 氢键诱导的超分子聚合物———可自愈及修补的高分子 氢键诱导形成的超分子聚合物一般发生在两个能够形成多重氢键的分子体系。两个分子中至少有两对互为对方的质子给体和受体的官能团,每个官能团都能与对方分子的官能团形成多重氢键。超分子化学的开创者Lehn及其合作者[1]利用氢键形成的榫卯结构在具有双官能团的ADA2ADA型质子给体与DAD2DAD型质子受体的1:1混合体系中通过自组装形成6氢键连接的单体(A:Accep t or,质子受体;D:Doner,质子给体)(如图1A所示);这样的单体通过位于尾端的给2受体进一步进行自组装,最终形成高分子结构。其结构可用图1B表示。 可以想象,如果分子中含有多个ADA或DAD基团,就可以形成交联的网络状高分子。 此外,通过首尾交互形成的多重氢键也可以形成高分子状结构。Meijer等人[2]使用ADAD2DADA型单体四重氢键的协同与定向效应制备了聚合度很高的螺旋状超分子聚合物(图2)。当一个单体中含有3个这样的四重氢键结合单元时,形成的交联结构的超分子聚合物具有热塑性弹性体的性质,在90℃解体并熔化[3](图3),因此,这类超分子聚合物具有温度修补性。 更多的实例可参见综述文章[4]。值得关注的是,虽然这类具有温度修补性能的超分子聚
分子自组装原理及应用 分子自组装的原理及特点： 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by –layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 分子自组装体系形成的影响因素： 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素: 1 分子识别对分子自组装的影响 分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。 2 组分对分子自组装的影响 组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(Ｔ1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(Ｔ3)分子在石磨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:Ｔ1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而Ｔ3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。 3 溶剂对分子自组装的影响 绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓
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。 研究内容 1、分子间相互作用的协同效应与自组装原理：通过多识别位点单体的组装，阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性，建立二维及三维空间分层次组装的有效原理和方法。
得分：_______ 南京林业大学 研究生课程论文2013 ～2014 学年第二学期 课程号：73421 课程名称：超分子化学 论文题目：超分子自组装及其应用的研究进展 学科专业：材料学 学号：3130161 姓名：王礼建 任课教师：李文卓 二○一四年六月
超分子自组装及其应用的研究进展 王礼建 （南京林业大学理学院，江苏南京210037） 摘要：分子自组装是近年来倍受重视的国际前沿课题，它将会极大促进信息、能源、生命、环境和材料科学等学科领域的发展，介绍了基于氢键、π键、配位键、双亲分子4种自组装体系，重点综述了这4种自组装体系在高分子合成领域中的最新进展，最后对超分子自组装的发展趋势做了展望。 关键字：超分子；自组装；应用；进展 Advances in supramolecular self-assembly and its applications WANG Li-jian (College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China) Abstract：Supramolecular self-assembly is a highly valued field in recent years, it will greatly promote the development of information, energy, life, environmental and materials science disciplines. This article describes four kinds of self-assembled system based on hydrogen bond, π bond, coordination bond and amphiphilic molecules. Mainly review its applications and research progress in the fields of supramolecular polymer synthesis. Finally make the prospects for its development. Key words: Supramolecular; self-assembly; application; Progress 1 超分子化学的概念 超分子化学简言之是研究各个分子间通过非共价键作用形成具有特定功能体系的科学。从而使化学从分子层次扩展到超分子层次。这种分子间相互作用形成的超分子组装体，带给人们许多认识上的飞跃，认识到分子已不再是保持物性的最小单位。也称为超分子化学(supermolecular chemistry)。超分子化学主要研究超分子体系中基元结构的设计和合成体系中弱相互作用。体系的分子识别和组装体系组装体的结构和功能以及超分子材料和器件等等。它是化学和多门学科的交叉领域。它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学，而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控等。
分子自组装原理及应用 毛薇莉 无机专业 MG0424012 【摘 要】 分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米 科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中 ,分子自组装作为一种技术手段将 会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里 ,我们介绍了分子自组装技术的定 义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等 ,并阐述了分子自组装技术目前的研究 进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】 分子自组装 ;自组装膜 - 、八 — 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下 ,依赖非共价键分子间作用力自发连接 成结构稳定的分子聚集体的过程 [1] 。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、 电、催化等功能和特性的自组装材料 ,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料 在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有 广泛的应用前景 ,受到研究者广泛的重视和研究。 2 分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子 识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体 [2] 。分子自发地通过 无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作 用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、 n n 堆积作用、阳离子 吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性 并不是所有分子都能够发生自组装过程 ,它的产生需要两个条件 [4]:自组装的动力以 及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用 ,它为分子自组装提 供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性 ,也就是说要使分子自组装发 生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜 机理分为自组装单层膜 (Self- assembled monolayers , SAMs 和逐层自组装膜 (Layer -by -layer self-assembled membrane)b 如图1所示，自组装膜的成膜机理是通过固 液界面间的化学吸附 ,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单 分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据 基体表面上每个可以键接的位置 ,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分 子的尾基也具有某种反应活性 ,则又可继续与别的物质反应 ,形成多层膜,即化学吸附 多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术Langmuir Blodgett ( L B )成膜具有操作简单，膜的热力学性质好，膜稳定的特点，因而它更是一种具有广阔应 用前景的成膜技术。 另外,根据膜层与层之间的作用方式不同 ,自组装多层膜又可分为 两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外 ,还包括交替沉积的自组装膜。 通过 化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高 ,化学稳定性也较好。而交替沉积自组 装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜 ,这种 膜能把膜控制在分子级水平 ,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 n [3]。
看自组装原理 《自然》杂志: 科学家发现普遍的自组装原理 邓邓州门户网04-22 自组装原理（英语：principles of universal self-assembly，或译自我组装原理），是用来形容一无序系统在没有外部的干预下，由个别部件间的互动，如吸引和排斥或自发生成化学键等，而组成一个有组织的结构的过程。近年来自组装原理特别吸引科技界注意，因它提供自下而上、可控制的方法组装原子或分子成较大的结构，从纳米结构到微型机器等。 自组装至少有三个特征使其成为一个独特的概念： 有序性：自组装结构必须比单独的组成部分有序性更高，无论是形状还是自组装实体进行的任何行为。相互作用：比如像凡德瓦力（Van der Waals）、毛细现象、π-π相互作用,、氢键（Hydrogen bond）等弱相互作用。它们决定了液体的物理性质、固体的可溶性、及生物膜的分子组装。组成结构：构建的基本单元不只包括原子、分子，还包括拥有不同化学构成、结构、功能的纳米级、微米级的结构。这些结构可以是通过传统化学反应形成，也可以是通过别的自组装而构成的。多年来，科学家们一直在寻找能够以相同方式构建细胞（复杂的生物）到晶体（更简单的无机材料）的自组装工作原理。现在，土耳其的一个科学家团队证明了在多种材料上起作用的通用自组装过程的基本原理，即从数个原子（大的量子点）到近100万亿个原子大的人体细胞。他们的研究成果在今天的《自然物理》杂志上。 研究人员说：“要启动自我组装，要么强迫系统交付特定结果，要么利用其内部动力来获得普遍结果。我们遵循了第二种方法。”研究人员不仅展示了大小结构和质量差异超过四个数量级的简单结构以及复杂结构的自组装。它们都遵循S 型曲线聚集在一起。奇怪的是，还观察到与S曲线的个体偏差遵循特雷西-维多姆分布的统计数据，该统计数据体现在多样的、社会的、经济的和物理的系统中。 看了文章 是用来形容一无序系统在没有外部的干预下，由个别部件间的互动，如吸引和排斥或自发生成化学键等，而组成一个有组织的结构的过程。是在变化的电磁力作用下工作的，电磁力分为引力和斥力，二者还是相互转换的。变化的电磁力使宇宙一切事件变化的力量。 所有的化学键、宇宙力都是变化的电磁力。
超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法 1.1引言 超分子化学是研究基于分子间非共价键相互作用而形成的具有一定结构和功能分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。相较于传统化学上所研究的共价键，超分子化学的研究对象是一些较弱且具有可恢复性的分子间相互作用，如氢键、金属配位、xπ堆积、疏水效应等，这些分子间弱相互作用是促进分子识别的关键，对超分子体系的分子识别和组装有着重要意义12。 超分子材料的性能取决于基本构筑单元的分子结构，在更大程度上依赖于这些构筑单元经过自组装得到的介观尺度聚集体的结构与相态，而自组装过程又是影响超分子聚集体结构及其功能的关键因素。超分子自组装过程的影响因素极其复杂，与传统凝聚态物质相比，超分子体系具有更高的流动性及环境依赖性，而正是体系热涨落及外部环境的约束性共同导致超分子体系的新行为，主宰体系演化的机制己从凝聚态物理传统的相互作用能量机制转变为动力学和熵效应的共同作用。外部影响因素或者体系自身的耗散作用能够驱动超分子体系自组装形成各种丰富的结构，从而具有不同的功能及应用范围。
超分子体系自身结构的特点使得体系演化速度慢、松弛时间谱分布宽4.例如，单链聚合物的空间尺度从化学键键长（100m）延伸到链旋转半径（103m），而相应的时间尺度从化学键的振动（10-15可延伸到整条聚合物链的松弛和扩散（105s）。如果考虑聚合物链之间的缠结效应，聚合物链的松弛时间会更长阿。超分子自组装过程也涵盖非常大的空间和时间尺度：超分子材料的形成需要从基本构筑单元的分子尺寸（10°m）过渡到典型有序功能结构的尺寸（10m），此外有序功能结构转变动力学往往发生在微秒或更长的时间尺度上10l对于超分子材料体系而言，由于实验手段的一些限制，许多情况下很难获得这些复杂分子结构在多个尺度上的结构及动力学性质。虽然计算机硬件和算法在近些年得到快速发展，计算机模拟已经成为在各个层面研究超分子自组装材料体系不可或缺的组成部分，但到目前为止还没有一种模拟方法能够同时描述超分子组装体系微观结构、介观组装形貌及宏观材料功能等多个尺度上的性质。因此建立有效的多尺度模拟方法，增强不同尺度模拟方法之间的衔接和信息传递是一项十分紧迫的任务，这也是发展多尺度模拟方法的核心目标。由于缺少单一的模拟方法应用于超分子材料体系的多尺度分析，因此发展多尺度模拟方法的主要任务是把不同尺度上的模拟方法进行完善，同时发展对这些单一尺度模拟方法进行有效连接的手段传统意义上的计算机模拟方法是 随着计算机的发明一起发展起来的。根据研究体系运动的确定性与否分为分子动力学方法21和蒙特卡罗方法1两大类。分子动力学方法是建立在经典力学基础之上，通过求解粒子的运动方程来模拟体系随
一种自组装的卟啉纳米纤维材料及其制备和应用 技术领域 本发明属于有机非线性光学材料技术领域，具体涉及到一种自组装的纳米纤维材料，并公开了其制备方法，该纳米纤维材料具有较高的超极化率并显示出反饱和吸收特性，能够应用于非线性光学和激光防护。 背景技术 随着激光器的面世，非线性光学(nonlinear optics，NLO)得到快速发展。非线性光学主要研究的是强光(如激光) 与物质间的相互作用，当光达到一定的强度后，物质对光的吸收已经不再符合传统光学所给出的规律，其吸收系数会随着光强的变化而变化。由于非线性光学材料在光通讯、高速光电信息处理、高密度数据存储、短光脉冲生成、空间光调制、全光开关等领域具有潜在的巨大应用价值。最早的非线性光学材料是一些诸如LiNbO3 (铌酸锂) 等无机晶体，但是这类无机材料往往存在非线性系数不高，无法与半导体材料集成等缺点。 至上世纪80年代中期有机材料由于具备大而超快的光学非线性，易于加工处理和集成为光学器件等突出优点而在非线性光学领域脱颖而出。与无机材料相比，有机材料的非线性光学性能可通过对材料的化学结构进行有效调节和修饰来控制，这对于实现分子水平上的微型光电信息器件的终极目标是十分理想的。同时，有机材料因其相对低廉的价格、高激光损伤阀值、快速的响应时间和较小的折射系数，在光子和生物光子器件的应用中更具优势。卟啉/酞菁分子由于具有特殊的二维共轭π电子结构，很好的热稳定性和化学稳定性，易于加工处理，且具有很强的NLO响应和超快的响应时间，正迅速成为非线性光学材料领域的研究热点。在这类材料的产业化方面，研究者发现利用这类材料的某些三阶非线性光学效应，如反饱和吸收、双光子吸收、非线性折射、非线性反射和非线性散射等，可以用来制备光限幅器件。这些器件具有响应快、防护波段宽、限幅阀值低、损伤阀值高和线性透过率高等优点。例如，美国加州理工学院合成了铟的取代酞菁配合物，其光限幅性能为C60的数十倍，已应用于实际的激光武器防护。 虽然，前期研究者获得了很大的成功，但在由分子到材料、由分子性质到材料功能的研究中还存在很多困难，尤其是材料内分子的无序聚集造成了材料非线光学响应的淬灭，如何开发出性能更加优异的非线性光学材料仍是研究工作者在此领域面临的挑战。
有机凝胶自组装模板法制备纳米材料 常雪灵1，杨亚江2，杨祥良1*，马永梅 3 * (华中科技大学1生命科学与技术学院2化学系武汉 430074；3中国科学院化学研究所北京 100080) 摘要利用溶胶-凝胶聚合过程人工模拟生物矿化进程的技术，已经融入无机材料和超分子有机化学的研究领域。小分子有机凝胶因子在溶剂中发生自组装，形成多种形态的有机凝胶超分子结构，以其为模板，经过溶胶-凝胶过程，可以诱导转录形成各种形态的纳米材料。本文介绍了，利用有机凝胶因子自组装结构为模板，制备形态可控无机材料的研究进展及模板结构诱导转录的两种可能机制。 关键词有机凝胶模板诱导纳米材料 Preparation of Nano-materials by using Self-assembly of Organogel Chang Xueling1, Yang Yajiang 2, Yang Xiangling1*, Ma Yongmei 3 * (1College of Life Science and Technology, 2Department of Chemistry, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074; 3Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080) Abstract The design of artificial models of “biomineralization” processes utilizing sol-gel polymerization has become a research branch of inorganic materials research and supramolecular organic chemistry. The self-assembled superstructures of low molecular weight organic gelators are used as versatile building blocks in organogels and as templates for sol-gel transcription into nano-structural materials. The use of self-assembled organic superstructures in the creation of novel inorganic materials with controlled morphologies is focused on and two mechanisms for forming nano-structural materials by the template method are illustrated in this paper. Keywords Organogel,Induced template, Nano-structural material 在纳米技术中，材料制备是关键技术之一，它渴求制备过程简单、材料定向及尺度可控。目前用于制备纳米材料的方法层出不穷，主要包括研磨、压模、蒸发沉淀和物理粉碎等物理方法以及气相沉积、共沉淀和凝胶等化学方法[1,2]。但这些方法的不足之处是难以对所制材料的结构进行有效控制。模板法是合成纳米线和纳米管等一维纳米材料的有效技术，可利用其空间限制作用和模板剂—————— 湖北省科技攻关计划重大项目和国家自然科学基金(29844003 2和29974012 3)资助 2006-10-31收稿，2008-02-25接受 的调制作用对合成材料的大小、形貌、结构和排布等进行控制，具有较好的可控性。模板法大致可
分子自组装的原理：是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。 分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。 这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等 自组装的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力 指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素主要有 三种： 1.分子识别对分子自组装的影响:分子识别可定义为某给定受体对作用物 或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何 尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互 作用力的识别 2.组分对分子自组装的影响:组分结构的微小变化或组分的数目变化可能 导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化 3.溶剂对分子自组装的影响: 溶剂的性质及结构上的不同都能导致自组装 体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组 装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓度 多肽自组装可以分为自发型自组装和触发型自组装： 1.触发型多肽自组装是指通过改变外界环境如温度、pH、离子浓度等引导的自 组装。这类自组装具有可逆性, 为多肽自组装技术的潜在应用提供了良好的可控性。多肽自组装主要包括温度敏感、pH 敏感、光敏感以及配体-受体敏感等类型的自组装. 2.自发型自组装是指多肽溶解在水溶液中后, 可以自发地形成组装体. 3.二者都是基于二级结构如α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet)的形成或者其自 身分子结构的两亲性.
第一章 1 背景意义（引言） 材料在人类社会进步过程中有着特殊意义。从石器时代，青铜时代，铁器时代，到水泥/钢筋时代，再到硅时代，无一不体现出材料的重要作用。科学家预言，我们正步入纳米时代。 纳米是长度单位，原称毫微米，就是十亿分之一米或者说百万分之一毫米，略等于45个原子排列起来的长度。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，研究领域为结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。 现在纳米研究正在蓬勃展开。科学家们通过实验发现，在纳米尺度的结构有很多新现象，新特征，新技术。纳米电子器件有金属块，纳米陶瓷，纳米氧化物，纳米药物，纳米卫星，以后还有纳米化妆品、纳米电冰箱、纳米洗衣机、纳米布、纳米水等新产品问世。 过去几十年间，微电子和计算机技术被广泛运用。内存的容量和运行速度以幂指数式增长。这种增长机制正是通过降低芯片的尺寸来实现的。目前，为满足客户需求，芯片尺寸已降低到100nm以内。在生物医学和人类健康领域，为了更好的诊断和治疗，纳米探测器，纳米抗体，纳米药物的研究正蓬勃展开。 在纳米尺度上实现材料表面结构和性质的加工或图案化，对现代技术的发展和理论的应用有着重要的意义，特别是新型微小结构的成功构造或现有结构的微型化。微加工或图案化技术，除了对微电子
技术中的集成电路、信息存储器件、微机电系统有巨大推动作用外，还对小型传感器、机械材料、生物载体和微型光学元件等的响应速度、成本、能耗和性能有优化作用。与此同时，纳米技术的发展和应用融合了多门传统学科，相继衍生出多种学科门类，创造了新的理论和方法，为微观世界的研究提供了很好的契机。 然而也面临着很多困难，纳米材料在热力学、动力学、光学、磁学、电学以及化学性质方面都与宏观物体有很大的不同。首先的加工制作的困难。尺度太小，要求很精确，受传统理论的限制。比如，光刻中受衍射极限的限制，传统的方法很难获得突破性进展。此外也受形态和空间排布的影响。1959年，著名理论物理学家Feynman就提出纳米材料与技术的构想。在之后的几十年间，一直没多少人关注。纵是在1981年扫描隧道电子显微镜和在1986年原子力显微镜被发明后，纳米技术的应用仍受局限。然而到了20世纪末，随着科技的进一步发展，纳米技术的重要性终于凸显出，成为各主要发达国家重视的科技计划。 近年来在光刻、电子束刻蚀、离子刻蚀、气相沉积等物理微加工技术快速发展的同时, 利用化学自组装技术构筑有序微结构也受到了人们越来越多的关注。通过自组装技术能解决我们面临的很多问题。 随着胶体晶体研究的火热，人们发现一种不依靠人力就能完成组装和构筑结构的方法，由于这种方法简便、制造结构多样、重复性好
金属配位超分子 摘要：配位聚合物是通过过渡金属和有机配体的自组装而形成的,它结合了复合高分子和配位化合物两者的特点,表现出其独特的性质。双头或多头有机配体与金属离子以配位键方式形成一维、二维或三维结构的聚合物，三联体吡啶,多头基配体。 关键词：配位聚合物三联体吡啶多头基配体 前言：传统的高分子一般是在引发剂存在下，在一定温度和压力下通过聚合反应形成的，其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的，不需要任何引发剂。由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在，使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生，这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。 金属配位超分子聚合物一般由双头配体分子与金属离子在溶液中自组装而成。当配位反应在溶液中发生时，一个金属离子一般能与来自两个配体分子的两个头基发生配位作用，每个配体分子剩余的头基能够与更多的金属离子发生类似的反应，保证了链的增长。这种金属配位高分子的形成可用图1表示。 图1金属离子与双头配体形成1：1型金属配位超分子聚合物示意图金属配位超分子链的最终长度取决于体系的化学组成，浓度和平衡常数。当金属离子和双头配体的摩尔比为1：l时，体系能够形成具有链状结构的高分子，而且浓度越高，平衡常数越大，聚合度越高。与氢键诱导的高分子体系类似，当配体分子含有多个头基的时候，体系容易形成具有交联结构的网络状聚合物。 1、研究现状 目前已报道的金属配位超分子体系主要有Schubert等报道的双三联吡啶头基配体(图2，化合物1)与Fe2+，Ru3+，Ni2+，C02+等的l：1复合体系[1-2]，Rowan