表面活性剂的特性之一是能在表面或界面进行规则排列,形成分子定向排列的层状或特定形状,而在溶液中,分子规则排列形成胶团,随着分子浓度提高进而形成单层或多层液晶,或棒状六角液晶,以及其他人为形状。在这些定向排列的分子上可进行纳米尺寸的材料合成,因此,设计特定结构的表面活性剂分子有序结构,可以得到理想结构的纳米结构,即表面活性剂具有模板功能。
表面活性剂所具有的这一特征,已被广泛用于纳米结构材料的合成和制备中。人们利用表面活性剂的模板效应,可以设计新的纳米结构或具有新性能的纳米材料,以通过使用表面活性剂合成出理想的纳米结构和纳米功能材料。
纳米结构是指纳米材料的基本单元,例如纳米微粒、纳米丝、纳米棒等所构成的相互之间的关系,即纳米级单元组成的具有特殊排列或组成的超微结构。纳米结构可以使人们对单个纳米结构单元的行为、特性进行研究,并采用一些方法对纳米材料基本单元表面进行控制。研究纳米结构中纳米基本单元之间的间距和组织构架以及基本单元不同组合对材料性能的影响,以认识他们之间的耦合效应,并从纳米结构出现的新现象、新规律建立材料结构新的原理,为构筑纳米材料体系的理论提供基础。
自然界中有两种类型的自组装,一种叫热力学自组装,如雨滴,它呈现出能量稳定性的形式;另一种由生命体所体现,叫编码自组装,即有机分子自组装成有一定功能的组织器官的过程。在后一过程中,控制组装次序的指令信息就包含于组分之中,信息传递靠分子识别进行,错误的信息传递就会使形成的自组装体系出现功能缺陷,因而分子识别是极其重要的。
有机分子的结晶过程被认为是分子识别最为准确和典型的实例,有机分子就是上百万个分子通过极其准确的相互识别自我构造的组装体。
分子组装技术是将具有一定功能的分子(包括生物分子)在分子或超分子尺度范围内,通过物理或化学的方法聚集成稳定的有序体系的技术。
纳米结构自组装和分子自组装体系是物理学、化学、生物学、材料科学在纳米尺度交叉而衍生出来的新的学科领域,它为材料结构与性能关系的深入研究和设计新性能、合成新材料带来了新的机遇,也为物理和化学的研究提供了新的研究对象。
纳米结构的自组装和分子自组装体系是纳米结构器件的基础,而所合成的纳米结构自组装体系本身就是极细微尺度的微小器件。因此,研究和制备纳米结构材料是纳米技术发展的一个必然趋势。目前分子组装技术主要包括LB膜技术、分子自组装技术及分子束外延技术等。随着纳米技术的发展,新的纳米结构材料的制备方法和技术将会不断涌现。例如,利用LB膜技术组装可以得到金属基质-有机分子-纳米粒子结的单电子,其对响应库仑效应已经得到了证明。同样,利用LB膜技术组装可以得到银团簇膜,其非线性光学性质也已经得到了可喜的研究成果。Wagher等人利用四硫富瓦烯(TTF)的独特氧化还原能力,通过自组织方式合成了具有电荷传递功能的配合物——“分子梭”,具有开关功能。总而言之,纳米结构材料的功能化合应用性有越来越广泛的神奇魅力和奇异性。
表面活性剂在纳米结构材料的合成和制备中起着不可或缺的模板作用,通过分子设计和超微结构设计,采用不同的合成方法将可以得到多种类型和特殊功能的新的纳米结构材料。



