纳米材料的概述、制备及其结构表征[1].pdf

20卷6期结构化学JIEGOUHUAXUEVol.20,No.6
2001.11ChineseJ.Struct.Chem.425~438

[综合评述]
纳米材料的概述制备及其结构表征

蔡元霸梁玉仓
结构化学国家重点实验室中国科学院福建物质结构研究所,福州350002

纳米材料在电子光学化工陶瓷生物和医药等诸多方面的重要应用而引起
人们的高度重视本文从以下3个方面加以论述
一纳米材料的概述从分子识别分子自组装吸附分子与基底的相互关系
分子操作与分子器件的构筑并通过具体的例证加以阐述包括在STM操作下单分子
反应有机小分子在半导体表面的自指导生长多肽-半导体表面特异性选择结合生
物分子/无机纳米组装体光驱动多组分三维结构组装体DNA分子机器
二纳米材料的若干制备方法和结构表征方法制备方法包括物理的蒸发冷凝
法分子束外延法MBE机械球磨法扫描探针显微镜法SPM化学的气相沉
淀法VCD液相沉淀法溶胶-凝胶法Sol-gelL-B膜法自组装单分子层和
表面图案化法水热/溶剂热法喷雾热解法样板合成法或化学环境限制法及自组装
法
三若干结构表征方法包括X-射线法XRD扩展X射线精细结构吸收谱
EXAFSX-射线光电子能谱XPS光谱法扫描隧道显微镜/原子力显微镜
STM/AFM和有机质谱法OMS

关键词纳米制备自组装结构表征纳米器件

1纳米材料概述:设计和超分子化学范围和展望——分子
超分子和分子器件为题论述了他们在超分
子化学研究领域所取得成就和展望1990年
所谓纳米材料指的是具有纳米量级Lehn[5]又发表了超分子化学展望——从分
1~100nm的晶态或非晶态超微粒构成的子识别走向分子信息处理和自组织作用他
固体物质纳米材料真正纳入材料科学殿堂应们指出生物体内反应输运和调节的第一步就
[1]
是德国科学家Gleiter等于1984年首用惰性是分子识别它定义为底物被给定受体选择并
气体凝聚法成功地制备了铁纳米微粒并以它结合而形成超分子结构的过程这是主/客体
作为结构单元制成纳米块体材料由于纳米材分子之间有选择有目标的结合是结构明确
料具有显然不同于体材料和单个分子的独特性的分子间相互作用模式这种结合还要求受体
能——表面效应体积效应量子尺寸效应和分子与所要键合的底物分子在立体空间结构和
宏观隧道效应等及它在电子光学化工陶电荷特征上的互补性以及为了适合其功能上要
瓷生物和医药等诸多方面的重要应用而引起求所必须遵循的刚性和柔性平衡原则因为受
[2]
人们的高度重视体结构稳定性需要刚性分子结构但识别过程
[3]
1988年美国科学家Cram和法国科学中的变换调控协同及变构则需要一定的柔
[4]
家Lehn在诺贝尔领奖会上发表了演说他性这对生物体系尤为重要从分子识别引导
们分别以分子的主体客体和它们复合物的

2001-03-14收到2001-10-16接受
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426结构化学JIEGOUHUAXUEChineseJ.Struct.Chem.2001Vol.20

到分子自组装对生物体系建立和生物特性产80~100PN.nm转动力矩它相当于目前可生
生的过程起着非常重要作用所谓分子自组产的纳米机结构
装是指在平衡条件下通过非共价相互作用自产生结构明确的组成细胞方法对细胞聚
发缔合形成稳定的结构完整的超分子的过集区有潜在应用这包括把细胞作为传感器的
程分子自组装普遍存在于生物体系之中是分析系统作为代谢信号传输反射毒理学
复杂的生物结构形成基础是结构生物化学研等细胞-细胞相互作用的生物物理的基础研究
究中心课题这种自组装的概念原理和方法系统以及细胞间的吸着生长发育系统
已成为纳米化学和分子器件的最活跃课题Holmlin[9]等应用光驱动微制造技术提
自从1981年Binnig和Rohrer发明了扫供含有细胞包括红细胞和淋巴细胞和修饰
描隧道显微镜(STM)并于1986年获得了诺贝/未修饰聚苯乙烯微球组成具有2维和3维结
尔奖以来人们更把这一技术与分子识别自构的细胞列阵由于这些细胞表面含有多重的
组装技术生物技术光电技术和微制造技术低聚糖其末端为N-乙酰基葡糖胺(GleNAc)
结合起来为单分子科学纳米电子学和纳米和N-乙酰基神经氨糖酸(NeuAc)这些糖在需
生物学等新学科生长开辟了新的途径要生物特异粘接时可提供结构明确配体修
STM的发明为人们直观地了解纳米范围饰聚苯乙烯微球是指把聚苯乙烯微球共价连接
0.1~100nm的原子分子世界并进而操纵原到WGA小麦胚芽凝集素它是一种结构
子分子使其功能化明确二聚的外源凝聚素能识别GleNAc和
Hla等[6]利用STM针尖诱导操作个别NeuAc这样天然细胞和人造微球的联接就
分子使碘化苯离解成碘和苯游离基然后再使有2种机制即生物特异相互作用根据分子
2个苯游离基缔合成二