纳米/微米结构粒子合成技术进展

介绍了近年来纳米/微米结构粒子的合成技术进展,将纳米单元(纳米棒、纳米带、纳米片、纳米颗粒)自组装为各种尺度的有序结构会产生更优异的整体协同性质,这对纳米/微米结构粒子的性能研究有重要意义。主要介绍了表面活性剂法、水热法和模板诱导法等。表面活性剂由于具有多种特殊、优异的性能,包覆在纳米粒子表面可使其组装成具有新颖结构的聚集体,是目前研究热点。水热法所得粒子具有纯度高、分散性好、晶形可控,生产成本低等特点已被广泛采用。     

改性还原染料分子自组装性的研究

利用偏光显微镜、摩尔电导率和紫外-可见光光谱研究了改性还原染料如还原蓝RSN、还原猩红GG和还原深蓝BO的自组装性能,考察了浓度、温度及染料混合对其分子自组装性能的影响,分析磺化还原染料分子自组装聚集体的类型及其形成机理,结果表明分子依靠芳环间π-π共轭作用、磺酸基和溶剂水之间氢键作用力,自组装为有序结构的聚集体.磺化还原蓝RSN、磺化还原深蓝BO水溶液分子自组装为H聚集体,磺化还原猩红GG形成J聚集体.分子结构和引入亲水基影响其自组装方式和类型,一定浓度下分子自组装形成溶致液晶相,正交偏振光下,织构呈丝状、条状和粒状分布,磺化还原染料混合组装的均匀性与其浓度直接相关.     

国家纳米科学中心：DNA折纸术组装金纳米颗粒三维手性螺旋结构的新进展

如何能在纳米尺度上对材料结构进行精确的控制,形成具有特殊性能的聚集体,是当今科学界最具有挑战性的前沿课题之一。近年来发展起来的DNA折纸术是一种独特的自下而上的自组装纳米技术,被用于制备多种尺寸、形貌的二维和三维纳米图案。DNA折纸纳米结构由于结构可设计性和空间寻址能力,在精确引导纳米粒子自组装形成具有预设性能方面具有显著的优势。     

仿生有序结构羟基磷灰石研究进展

羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)与人体硬组织主要无机组分具有相同的化学组成,因而被认为具备良好的生物相容性、可降解性和生物活性,并已在生物医学领域得到广泛应用。迄今为止,形态丰富的HAP纳米材料及其合成方法已经被报道出来,但是具有仿生有序结构的HAP材料及其制备方法仍然是相关领域最具挑战性的方向。在包括牙釉质、皮质骨和松质骨在内的硬组织中,纳米尺度的HAP通常会按照人体受力分布情况呈可控有序结构排列。因此,通过仿生天然硬组织微结构实现HAP的可控有序组装,有望进一步提升传统HAP基生物材料的力学和生物学性能。近年来,包括氧化铝模板法、有机溶剂/小分子调控法、磷酸氢钙相转化法、高分子/蛋白分子诱导矿化法、冷冻铸造等在内的HAP有序结构制备方法已经被发展出来,并实现了在纳米、微米等尺度上有序结构的制备。最近,作者课题组报道了HAP纳米线的扩大化溶剂热制备方法,并进一步提出了适用于控制HAP纳米线有序排列的表面小分子介导的液相自组装策略,获得了尺寸和方向均可控的宏观尺度HAP纳米线仿生有序结构。相比于传统无序结构HAP基生物材料,具有仿生有序结构的HAP表现出了良好的力学和生物学性能,对新型无机生物材料的设计、制备及其生物医学应用研究具有重要的指导意义。综述了仿生有序结构HAP的研究进展,包括其结构组成、合成方法及调控机制,最后总结了仿生有序结构HAP研究领域当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

喷墨打印颜料型墨水制备过程中颜料的分散

本文就颜料型墨水中颜料的分散进行了初步研究,颜料在其制造过程中,最初形成粒度为5纳米～1微米的初级粒子,能轻易的分散到涂料中去。但初级粒子在加工过程中,会因种种原因相互黏结成聚集体（aggregates）,聚集体之间聚集体与初级粒子之间还可以通过边、角之间的黏结形成附聚物（agglomerate）。通常附聚物分子之间的吸引力要弱的多,黏结不那么牢固,比较容易分散;但聚集体由于分子吸引力大,黏结比较牢固,较难分散。颜料在涂料中的分散过程由三个阶段组成一润湿、机械力分散聚集粒子及抗絮凝的稳定作用。润湿和聚集主要通过设备来完成,是创造稳定处理的前提,但不足以得到稳定的分散体系,当剪切力消除时,又可以重新附聚或凝聚。因此必须加入分散剂以稳定分散的颜料粒子。 颜料粒子的稳定主要取决于颜料粒子的相互接近时三个主要的作用力：范德华力,静电力,空间位阻力。三种力的相互作用构成了颜料的分散理论。     

纳米材料形貌和性能调控的仿生自组装研究进展

纳米材料在纳米尺度展现出的特殊性质, 相较于宏观尺度材料表现出众多优异特性, 在力学、声学、光学、磁学、电学、热学等各种领域具有良好的应用前景。纳米材料的仿生自组装技术模拟活体生命活动, 使纳米材料基于非共价键的相互作用, 自发形成稳定结构, 现已成为制备纳米材料的主要方法之一。仿生自组装技术是“自上而下”方法中的重要技术手段, 这种合成方式有望代替传统的“自上而下”加工技术, 实现单个原子或分子在纳米尺度上构造特定结构和功能的器件。另外, 仿生自组装技术虽然以化学过程为主, 但又有物理过程, 并且结合了“仿生学”的优点, 具有定向构造纳米材料的特点, 是众多交叉学科的热门研究手段。本文重点介绍了纳米材料在形貌和性能调控中不同的仿生自组装合成策略, 包括屏蔽效应的位相选择自组装、双相界面协同效应的仿生自组装、场诱导定位效应的功能器件一体化制备、光诱导自组装以及羟基氢键驱动的分相自组装, 总结了仿生自组装纳米材料的特性, 归纳了自组装技术在传感器、表面拉曼散射、生物医疗等领域的应用, 并对纳米材料仿生自组装技术的发展前景进行了展望。     

自组装技术在特殊形貌无机纳米材料制备中的作用

目前无机纳米材料的研究主要集中于低维无机纳米材料的制备,如纳米颗粒、纳米纤维等,其制备方法已相当成熟,而对高维特殊形貌无机纳米材料的研究相对较少。近年来,具有特殊形貌的高维无机纳米材料因独特的结构和表面性质在催化、太阳能电池、传感器、微波吸收、医学等领域展现出优于低维纳米材料的性能,但制备出的材料种类少,形貌不均一,可控性较差。因此,研究者们致力于特殊形貌无机纳米材料生长机理的研究,为材料制备提供有效的理论依据。制备无机纳米材料的方法有微乳液法、溶胶-凝胶法、电化学法、水/溶剂热法等。其中水/溶剂热法制备的无机纳米材料具有晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚、原料价格较便宜的优点,因此被广泛应用于特殊形貌无机纳米材料的制备。自组装技术作为超分子领域的新概念,在制备特殊形貌的材料中发挥着重要作用,其主要作用是将低维的纳米结构单元通过氢键、范德华力、静电力等非共价键作用力进行连接而组装成各种复杂的层级结构。现已通过自组装技术合成了片状、棒状、花状、海绵状、树枝状等特殊形貌无机纳米材料。其中片状材料的生长过程如下:第一步是纳米颗粒的奥斯特瓦尔德熟化过程,第二步是熟化的纳米颗粒定向附着自组装成片状材料。棒状材料的生长过程出现了两种情况,第一种与片状形成过程相同,第二种则是先形成片状,然后片状发生卷曲形成棒状材料,棒状材料再定向附着自组装成长径比不同的棒状材料。花状、海绵状、树枝状等复杂形貌的形成则是基于片状或棒状材料,通过氢键自组装而成。自组装过程会受到表面活性剂或模板剂、溶剂、沉淀剂、酸碱度等因素的影响。研究者们发现利用水热法制备纳米材料时,引入合适的表面活性剂或模板剂,能够促使低维纳米结构单元进行有序自组装而形成结晶度好、尺寸均匀的特殊形貌纳米材料。通过改变表面活性剂或模板剂、溶剂、沉淀剂的种类和剂量及酸碱度等因素,影响纳米颗粒的生长方向、生长速率及颗粒之间的作用力,进而控制产品的形貌和尺寸。本文对近年来国内外利用自组装技术制备特殊形貌无机纳米材料的研究成果进行了介绍,分析讨论了自组装过程的影响因素,并对自组装制备特殊形貌无机纳米材料的发展方向和应用前景进行了展望,以期为制备性能优越的特殊形貌纳米材料提供参考。     

DNA纳米材料的应用研究进展

DNA作为生物遗传信息的储存分子,因其具有纳米尺寸、分子识别和可操控性等特点还可以作为一种优良的纳米材料。本文介绍了DNA的材料学性质,DNA作为纳米材料近年来在纳米自组装、分子检测和药物输送载体上的应用研究进展,并展望了DNA纳米材料未来的应用前景和发展方向。     

核/壳结构复合纳米材料研究进展

核/壳结构复合纳米材料是具有特殊性能的功能材料,是由一种纳米材料通过化学键或其他相互作用将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构.这种结构可以产生单一纳米粒子无法得到的许多新性能,因而具有许多不同于核、壳材料的独特的光、电、磁、催化等物理和化学性质.主要介绍了核/壳型复合纳米材料的特点、形成机理以及制备方法,并结合最近的科研工作对其研究进展进行了综述.     

自组装多肽支架材料的研究进展

多肽分子可以利用氢键、疏水性作用、π-π堆积作用等非共价键力自组装形成形态与结构特异的多肽分子聚集体,如分子积木、分子开关、分子涂料及纳米纤维等,由于多肽分子良好的生物相容性和可调控的降解性,自组装多肽在组织工程、药物缓释等方面表现出巨大的应用潜力。本文总体介绍了多肽自组装的几种结构模型及自组装的设计原则,重点叙述了自组装多肽作为组织工程支架材料的研究进展。     

金纳米棒(丝)自组装的研究进展

主要评述了金纳米棒自组装的最新研究进展.将金纳米棒组装为各种尺度的有序结构会产生更优异的整体协同性质,这对以金纳米棒为基础而构筑的微纳米器件有着重要的意义.具体评述了模板诱导的金纳米棒的自组装、表面张力诱导的金纳米棒的自组装及应用.     

超分子自组装法制备氮化碳聚合物光催化剂

利用光催化技术将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解有机污染物,是解决能源短缺和环境污染等问题的理想途径。氮化碳是近期发展出来的一类聚合物半导体新型光催化剂,在分解水制氢、污染物降解、二氧化碳还原、选择性有机合成等研究方面有着重要科学意义和应用前景。前驱物超分子自组装法是制备高效纳米氮化碳光催化剂的重要合成方法之一。通过分子间的弱相互作用力,如三聚氰胺与三嗪衍生物之间的氢键相互作用,形成有序的超分子组装体,再进一步焙烧热聚合可制备氮化碳纳米材料。通过控制自组装过程的反应参数和条件,可以有效地调控氮化碳的组成、形貌、能带结构、光学性能、光生载流子分离效率,从而提高氮化碳的光催化性能。综述了超分子自组装法合成氮化碳光催化剂的最新研究进展,总结了系列纳米结构氮化碳光催化剂的研究工作,包括共聚合改性氮化碳、非金属掺杂氮化碳、金属掺杂氮化碳、金属氧化物-氮化碳复合物、氮化碳异质结以及高结晶度氮化碳光催化剂等。同时阐述了超分子自组装法对氮化碳的组成、结构和光催化性能的调控作用,并就该研究领域未来发展进行了展望。     

应用反胶团体系制备纳米粒子的形态控制

与其他制备方法相比,反胶团体系在制备纳米粒子方面具有明显的优势,这一点在对产物粒子形态的控制方面体现得最显著.表面活性剂在体系中起模板作用,因而可以通过控制表面活性剂形成的胶束的形态来控制产物粒子的形态.着重介绍在用反胶团体系制备纳米粒子的方法中,对产物粒子形态控制方面的研究进展.另外,孤立的纳米粒子与其聚集体的性质并不相同,聚集体的性质受聚集产物自身组装形态的控制,因此还概括了近年来在反胶团体系中制备纳米粒子聚集体的研究工作.     

Au(111)表面DCDPP分子π-π堆叠的自组装特性研究

为了研究存在π-π堆叠对自组装结构的调控行为,本文利用超高真空扫描隧道显微镜研究了4,6,-二氯-2,5,-联苯嘧啶(DCDPP)分子在Au(111)上的自组装行为。DCDPP分子中旋转的5-苯环使分子中间能够存在π-π相互作用。在π堆叠,氢键等多种分子相互作用的竞争下,低覆盖度时,DCDPP在Au(111)上会形成一种链状结构和一种二维有序结构。而高覆盖度下,DCDPP将通过更高密度的自组装结构来克服高覆盖度带来的应力。这种由于不同分子间作用力和覆盖度导致不同的自主装结构的研究,对于有机电子器件的制备具有指导意义。     

各向异性无机纳米粒子的研究进展

随着纳米材料及纳米科技的深入发展,纳米材料的结构化现已成为备受关注的焦点。各向异性无机纳米粒子以其独特的形貌特征、纳米尺寸效应及巨大的发展潜力和应用空间掀起了材料科学界的研究热潮。综述了近年来各向异性无机纳米粒子的研究进展,归纳总结了其常见的制备方法,包括自组装法、水热合成法、超声法、模板法、化学沉积法及溶胶-凝胶法,展望了各向异性无机纳米粒子的发展方向及其在各行各业中的应用前景。     

金纳米粒子的制备及自组装

金纳米粒子以它独特的光学、电学和催化性质以及在纳米级电子线路中的应用潜力,受到人们越来越多的关注.本文主要评述了金纳米粒子的合成方法和自组装技术,即对各种制备方法和自组装的特点、纳米粒子的生长机理和自组装机理进行了介绍.展望了金纳米材料未来的研究方向和发展趋势.     

单分散聚苯乙烯乳胶粒的制备及其二维胶体晶体的自组装

以自合成的平均粒径为95.7 nm、粒径分布指数为0.047的聚苯乙烯乳胶粒为种子,采用种子乳液聚合方法制备出单分散的聚苯乙烯乳胶粒,探讨了控制胶粒粒径大小及分布的方法及制备条件.结果表明,在种子乳液聚合中,通过控制单体加入量和乳化剂的补加速度,可以得到单分散聚苯乙烯乳胶粒;当没有新的胶束生成且乳胶粒子没有发生聚结时,乳胶粒尺寸和分布有自身变窄的倾向,得到了平均粒径为261.6 nm、粒径分布指数为0.021的单分散乳胶粒.采用毛细管作用力驱动的微粒自组装技术进行单分散胶粒的组装,获得了二维有序聚苯乙烯胶体晶体,并用场发射扫描电子显微镜表征了其二维有序结构.     

单分散Fe3O4纳米粒子的合成、表征及其自组装

采用高温有机前驱体分解法,以Fe(acac)3为前驱体制备出单分散性较好的Fe3O4纳米粒子,粒径为(6.4±0.90)nm.利用TEM、XRD、HPPS、FTIR等手段对粒子的形貌及性质进行了研究,证实得到的是Fe3O4单晶,粒子表层的铁原子通过共价键和油酸分子中-COO的两个氧原子结合在一起.通过对自组装过程的初步研究表明随磁性纳米粒子浓度的增加,粒子排布逐渐由零星的无规排列变为规整的单层和多层有序结构.     

有序纳米结构体系的模板合成法

利用具有特定结构的物质作为模板,来引导纳米有序结构的制备与组装,从而实现对纳米材料的组成、结构、形貌、尺寸、取向和排布等的控制,为研究纳米有序体系的性质提供了有利途径.模板可以分为软模板和硬模板两种,本文介绍了氧化铝、胶体晶体、胶束、生物大分子等几种常见模板的特点.利用模板法,可以制备金属、合金、氧化物、半导体和聚合物及其复合组份等多种纳米结构有序体系.本文结合我实验室最近的研究工作综述了利用模板法制备纳米有序结构体系的研究进展.     

磷酸钙纳米粒子的潜在毒性:物理化学性质的影响、评价方法和可能的毒性机制

磷酸钙是骨和牙的主要无机成分,具有良好的生物活性和生物相容性。研究表明,当磷酸钙粒子尺寸降到纳米尺度时具有一些独特的理化性能,如小尺寸效应和表面效应等,有望拓展其在生物医学领域中的应用,如作为治疗肿瘤的靶向药物载体和疾病诊断的基因载体等。但上述应用均需与机体直接接触,因此,评价磷酸钙纳米粒子潜在的毒性风险非常必要。有研究发现磷酸钙纳米粒子的理化性能,包括尺寸、形貌、表面性能和结晶度等均会影响纳米粒子与机体及细胞的相互作用,可能导致纳米粒子产生一定毒性。总结了磷酸钙纳米粒子的物理化学性能对其潜在毒性的影响及可能机制,综述了材料毒性评价的主要方法,希望能为磷酸钙纳米材料的设计及生物相容性评价标准的制定提供一定的理论依据。