纳米结构材料是指由纳米基本单元构成的纳米结构组成的纳米材料。纳米结构材料包括了纳米结构自组装和分子自组装体系。
一、纳米结构自组装和分子自组装体系
纳米结构的自组装体系是指通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德瓦尔斯键和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起，构筑成一个纳米结构或纳米结构的花样。自组装过程的关键不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是一种整体的、复杂的协同作用。纳米结构的自组装体系的形成有两个重要的条件，一是有足够数量的非共价键或氢键存在，这是因为氢键和范德瓦尔斯力等非共价键(2～4kJ／m01)很弱，只有足够量的弱键存在，才能通过协同作用构筑成稳定的纳米结构体系二是自组装体系能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系。分子自组装指分子与分子在平衡条件下，依赖分子问非共价键力自发地结合成稳定的分子聚集体的过程。营造分子自组装体系主要划分成3个层次：第一，通过有序的共价键，首先结合成结构复杂的、完整的中间分子体；第二，由中间分子体通过弱的氢键、范德瓦尔斯力及其他非共价键的协同作用，形成结构稳定的大的分子聚集体，第三，由一个或几个分子聚集体作为结构单元，多次重复自强装，排成纳米结构体系。
二、纳米结构材料类型
纳米结构材料在使用中主要有以下几种，下面分别加以介绍。
1．分子自组装膜
分子自组装膜是在材料表面通过分子自组装技术得到的超薄分子膜，它也是分子器件和纳米器件的基本元件，所有的纳米有序结构和纳米器件都是使用分子自组装技术完成的，例如，合成具有特殊功能，像气敏、光学、电学等材料的超薄表面都采用分子自组装膜，一些材料的表面修饰也通过在材料表面沉积一层分子自组装膜来实现。如图1。
图1分子自组装膜
2．LB膜
表面活性剂放于水的表面上时，在空气与水的界面上具有形成一个分子厚度的薄膜的能力。
1917年，美国科学家Langmir发表了一篇论文，其中系统研究了气-液界面膜(Langmuir膜)，测定比较了众多化合物的分子面积和膜厚，证实了该界面膜的厚度相当于一个分子的长度。20世纪30年代，他的学生B1odget女士首次将长链羧酸单层膜转移到固态基片上形成了多层膜——LB膜，实现了分子的超薄有序组装。
事实上，LB膜技术就是先将双亲分子在水面上形成有序的紧密单分子层膜，再利用端基的水亲水和油亲油作用将单层分子膜转移到固体基片上，由于基片与分子之间的吸附作用，单分子层就沉积在基片上，如果固体基片反复地进出水面就可形成多层膜(可多达500层)，形成LB膜，如图2所示。
图2LB膜结构示意
LB膜是最典型的分子组装，表面活性剂分子的定向排列和其分子本身具有的特定结构可以按人理想的模式设计分子结构，然后按设计结构进行分子组装，以得到理想结构和性能的膜材料。
3．纳米多孔材料及其组装材料
纳米多孔材料是材料纳米结构有规则排列的孔材料，其孔径在纳米尺寸范围，纳米多孔材料也叫介孔材料。
介孔固体的概念是l992年在葡萄牙里斯本会议上首次正式提出的，根据孔的分布可分为有序介孔固体和无序介孔固体。对纳米多孔材料的定义以前只涉及孔尺寸大小，并且也不统一，有人认为孔径在2～50nm的多孔固体为介孔固体，也有人认为2～10nm的多孔固体为介孔固体。随着人们对介孔材料的研究和深入，渐渐认识到作为一种独立的固体材料，介孔固体应在性能上显著不同于微孔固体和无孔的体相材料。而只含少数介孔的固体，其性能与体相材料没有多大差别，不能称其为介孔固体。因此，介孔固体不但与孔尺寸有关，而且还与孔骧率有关，在一定的孔径下，只有当孔隙率足够大时才可能具有特殊性能，这样的材料称之为介孔材料。根据以上观点，不仅平均孔径尺寸是表征介孔材料的参数，孔隙率也是评价介孔固体的重要参数，同样，介孔固体的孔径分布也是评价介孔固体的一个参数。
4．合成DNA
图3DNA片段
在生物合成中，聚合酶链反应(PCR)技术一直是一个重要的生物合成手段，这项技术对于病理研究、基因测序、药物治疗等都有着非凡的意义，被广泛应用于医学、药学、生物等许多领域。PCR技术原理为以一段DNA(如图3所示)为模板(引物)，这段DNA是按特定可识别结构组成的脱氧核糖核酸，具有特异性，因此，通过链合成反应可得到与模板一致的DNA长链。在此，用做模板的DNA也是由磷酸脂构成的表面活性剂，其分子特异识别形成了结构模板反应。
5．分子导线
分子导线是对具有电荷转移能力的特殊结构分子的统一称呼，分子导线作为一种电子器件是分子元件与外部联系的桥梁，是实现分子电子器件的关键元件(如图4所示)。
图4分子导线示意
6．无机／有机自组装
无机／有机自组装材料主要是无机纳米颗粒与有机聚合物之间的复合，这种结构材料一般采用溶胶-凝胶法或原位聚合法合成得到，例如，以SiO2为无机相，丙烯酸酯为有机相的结构组装，采用凝胶-溶胶法和原位聚合法都可以得到分散均匀的纳米结构材料。
