以谷氨酸二乙酯为头基的Bola型两亲分子在气液界面的组装:手性相互作用与膜结构

研究了双头基两亲分子(Bolaamphiphile)N,N′-1,14-十四烷二酸酰-L-谷氨酸二乙酯(L-HDGE)和它的对映异构体D-HDGE在气液界面的组装;考察了HDGE分子的界面组装结构以及头部基团的手性,膜压和离子液体亚相对组装结构的影响.采用原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱对组装体的微观结构和组装机理进行了研究.结果表明,HDGE(L-HDGE或D-HDGE)在水亚相上可以组装得到平行排列,宽为50-120nm,高为1-5nm的纳米线.而将L-HDGE与D-HDGE混合组装时,只会得到疏松的薄膜结构.红外光谱表明HDGE分子的异手性相互作用强于同手性作用.在表面压继续上升时,纳米线可以发生一定聚集生成纳米带.亚相为一定浓度的离子液体时,会促进分子的聚集,在膜压的共同影响下,纳米带可以卷曲形成螺旋结构,螺旋的方向取决于头基的分子手性.     

两亲性杯芳烃的超分子自组装

本文综述了两亲性杯芳烃分子在不同维数下组装研究的进展,主要包括零维组装(囊泡、胶束、树枝状分子和分子箱)、一维组装(纳米管,纳米线及纤维)和二维组装(LB膜、超薄分离膜及界面组装);探讨了不同维数下组装体的形成机理和驱动力,主要包括氢键作用、金属配位作用、静电作用、包结络合作用以及疏水相互作用;控制和调节不同维数下组装体的转变,有助于组装体材料在许多方面的应用。     

单根ZnO纳米线的室温气敏特性

利用改进的CVD法制备了(002)面取向生长的ZnO纳米线, 通过光刻/剥离的自下而上的组装技术制备了基于单根ZnO纳米线的气敏元件, 其中的ZnO纳米线直径为50-300 nm, 有效长度为2-10 μm. 测试表明在室温条件下, 元件对浓度为500 μL·L-1的氧气和乙醇的灵敏度可以分别达到1.3 和1.2, 而气敏响应时间分别为10 和5 s, 由于单根纳米线的一维小尺寸结构加剧了电流的自加热效应, 因此元件在外界环境为室温的条件下的灵敏度才略有提高.     

纳米材料的化学锂化与电活性

基于国内外最新研究进展及本课题组的研究工作, 综述了纳米材料的化学锂化与电活性研究进展. 首先介绍了钼氧化物、钒氧化物、硒化物等高容量纳米材料的制备和锂化过程的化学问题;然后介绍了单纳米线器件及纳米线锂离子电池的组装、化学锂化与电活性等的最新进展. 指出单纳米线(带、管等)器件组装、锂离子迁移原位检测、有序阵列或复杂结构设计构筑以及锂化机理、静电耦合、锂离子迁移与界面作用等相关性的研究将是更深入探索纳米材料化学锂化与电活性的关键问题, 对纳米锂离子电池材料研究领域的发展起到促进作用.     

非标记液晶型免疫传感器检测赭曲霉素A

研制了一种基于液晶取向改变的非标记液晶型免疫传感器,并用于检测赭曲霉素A(0TA).采用戊二醛交联法将OTA同定在由自组装膜修饰的玻璃肇底表面.自组装膜能诱导液晶分子垂直排列,而连接OTA抗体后则扰乱了液晶分子取向的有序排列,导致液晶分子在化学敏感膜表面的取向发生变化,使光学信号的亮度及色彩发生变化,以此实现对OTA的...     

悬浮液气-液界面二元胶体颗粒的漂浮组装机理

提出一种在悬浮液气-液界面漂浮组装亚微米单分散聚苯乙烯(PS)微球和纳米SiO2颗粒二元胶粒晶体的新方法, 并系统研究了漂浮组装机理. 研究表明, 聚苯乙烯微球和二氧化硅两种胶体颗粒在悬浮液气-液界面的漂浮组装是以PS微球的组装为主导的. 在一定PS微球相浓度范围内, 悬浮液中PS 微球与SiO2颗粒的初始体积配比基本不影响PS微球有序组装的形成. PS微球粒径在150-500 nm时易于形成有序排列, 较小或较大粒径的PS微球难以形成有序排列. SiO2颗粒的组装是一种以PS微球为“基底”的沉积过程. 二元胶粒晶体中SiO2颗粒的体积分数由其在混合悬浮液中的相浓度所决定.     

硅衬底上聚丙烯酰胺/氧化锌纳米线薄膜蓝色发光二极管

采用高分子络合软模板法利用高分子络合和低温氧化烧结反应,在硅衬底上自组装生长出顶面平滑具有六角柱形结构的ZnO纳米线,并基于此聚丙烯酰胺/ZnO纳米线体系构筑了聚合物基ZnO纳米线发光二极管器件,在相对低的阈值电压下实现了常温常压下电场驱动的蓝色发射光,并且其发光颜色可由其应用的激励电压方便地调控.几乎垂直排列的ZnO纳米线/高分子薄膜在器件中被作为发射层.该方法使用聚合物作为LED器件的粘结剂和发光层的分散介质,稳定了硅衬底上埋置在聚合物薄膜中的ZnO纳米线准阵列并对ZnO纳米晶的表面起钝化作用,防止发光猝灭.结果表明,新技术是一种低成本制备ZnO基紫外/蓝色发光材料的工艺,并且减少了以往工艺中要求ZnO薄膜p型掺杂的麻烦.     

石墨烯诱导水凝胶成核的高强韧人造蛛丝

天然蜘蛛丝是由β-sheet交联的蛛丝蛋白溶剂流入S-型导管后经牵引拉伸形成,它显示了高强度与高韧性的完美结合。其优异的力学性质主要源于它的多级结构：交联、线性排列的纳米组装体以及核壳结构。受此启发,我们合成了一种交联的水凝胶,通过牵引拉丝的方法,制备了交联的、含有取向排列的纳米组装体结构以及核壳结构的凝胶纤维,并通过少量引入二维纳米材料—氧化石墨烯(0.01%),进一步调控纳米组装体的取向和尺寸,实现了蜘蛛丝般优异的力学性能(断裂强度560 MPa,断裂韧性200 MJ·m^–3,缓冲能94%)。这种纤维可以用于高速下落物体的能量耗散和降低冲击力。     

硫化镉与硫化锌纳米材料的界面法合成

采用界面自组装方法制备了CdS纳米线及ZnS球形纳米颗粒,利用TEM和XRD对其形貌和结构进行了表征,并考察了碱的种类和反应物浓度对材料形貌的影响。结果表明,氨水是该合成法必要的试剂,反应物浓度对产物形貌有一定的影响,但界面扩散和反应途径是决定其形貌的主要因素;采用该法合成无机纳米材料具有合成条件温和、易于控制、纯化简单、省去了使用模板/消除模板的过程等优点。     

采用高分子自组装ZnO纳米线及其形成机理

介绍了一种能在各种晶面的硅衬底上制备垂直于衬底取向生长的ZnO纳米线阵列的新方法. 该法采用高分子络合和低温氧化烧结反应, 以聚乙烯醇(PVA)高分子材料作为自组装络合载体来控制晶体成核和生长. 首先通过PVA侧链上均匀分布的极性基团羟基(—OH)与锌盐溶液中的Zn²⁺离子发生络合作用, 然后滴加氨水调节络合溶液pH值为8.5±0.1, 使络离子Zn²⁺转变为Zn(OH)₂, 再将硅片浸入此溶液中, 从而在硅衬底表面得到较均匀的Zn(OH)₂纳米点, 随后在125 ℃左右Zn(OH)₂纳米点通过热分解转化为ZnO纳米点, 其后在420 ℃烧结过程中衬底上的ZnO纳米点在PVA高分子网络骨架对其直径的限域下逐渐取向生长成ZnO纳米线, 并且烧结初期PVA碳化形成的碳通过碳热还原ZnO为Zn, 再在氧气氛中氧化为ZnO的方式在纳米线顶端形成了催化活性点, 促进了纳米线顶端ZnO的吸收. 烧结后碳逐渐氧化被完全去除. 采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM, HR-TEM)和X射线衍射(XRD)对纳米线的分析结果表明, ZnO纳米线在硅衬底上分布均匀, 具有六方纤锌矿结构, 并且大多沿[0001]方向择优取向生长, 直径为20～80 nm, 长度可从0.5至几微米. 提出了聚合物控制ZnO结晶和形貌的网络骨架限域模型以解释纳米线的生长行为.     

纳米线传感器研究进展

纳米线传感器具有尺寸小、灵敏度高、响应快和能耗低的优点,在化学及生物等领域有广泛的应用前景,已成为研究的热点.本文从制备、组装和应用等方面评述了基于纳米线的气体及生物传感器的研究进展,并对纳米线传感器的应用前景进行了展望.     

精准宏观超分子组装

宏观超分子组装是近年来超分子科学的新兴研究方向,其本质是表面修饰有大量超分子官能团的宏观构筑基元的界面组装.由于组装过程中存在较多热力学亚稳态,导致最终产生大量非精准组装体,整体结构有序度低,制约了其在高性能超分子材料方面的应用,因此,如何实现精准宏观超分子组装,构建有序超分子结构,成为了制约宏观超分子组装发展的瓶颈问题之一.本专论从宏观超分子组装的概念与组装机制出发,根据宏观超分子组装过程的特点,分析阐述了组装体中存在不同界面匹配度的热力学亚稳态的问题;继而,从能量面的角度展开分析,总结和归纳了提高组装结构有序度的精准组装策略,包括:(1)利用组装体热力学稳定性差异,设计各向异性构筑基元诱导目标组装结构的形成,发展自纠错策略提高组装界面匹配度;(2)引入宏观构筑基元的组装动力学设计,使构筑基元发生自驱动运动并通过界面长程力取向,使组装界面达到高度匹配,实现近热力学平衡态的精准组装,直接获得精准结构.进而,结合精准宏观超分子组装制备的有序结构,我们展望了其在构建组织工程支架方面的应用前景.     

钯纳米线制备的研究进展

钯纳米线在一些特殊领域表现出了独特的应用价值.本文介绍了基于模板法、阶边修饰法和自组装法等制备钯纳米线的一些方法,并对其进展和应用前景进行展望.     

不同取代位置的萘衍生两亲分子在气/液界面组装膜中的螺旋结构与圆偏振发光

Langmuir-Blodgett(LB)技术可在二维气/液界面上精确地控制分子之间的排列及堆积方式, 构建有序超薄膜及纳米组装体. 同时, 界面这一不对称环境也可有效放大组装体的手性信息, 实现超分子体系中的手性传递和手性放大. 本文研究了萘环取代位置不同的两种手性两亲分子——N,N′-双十八烷基-α-萘-L-氨基-谷氨酸二酰胺(1NLG)和N,N′-双十八烷基-β-萘-L-氨基-谷氨酸二酰胺(2NLG)在气/液界面的铺展及组装行为, 发现同分异构效应影响了两亲分子在界面的排列, 1NLG组装形成了均一的纳米带状结构, 而2NLG则形成了左手螺旋结构, 并且2NLG薄膜表现出圆偏振发光(CPL)性质, 其不对称因子(g_lum)比三维体相组装体(超分子凝胶)大23倍, 表明界面促进了超分子手性的放大.     

糖葫芦状二氧化钛纳米线阵列的制备及其光催化性能

 采用溶胶-电泳技术,在多孔阳极氧化铝(PAA)模板的有序孔洞中制备了高度取向的糖葫芦状TiO2纳米线阵列光催化剂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射对样品进行了表征. 结果表明, TiO2纳米线为锐钛矿晶型,纳米线直径与PAA模板的孔径一致,且分布均匀. 纳米线取向性极好,每根纳米线都具有周期性凹凸,形似糖葫芦,因此命名为糖葫芦状TiO2纳米线阵列. 以甲基橙的降解反应评价了光催化剂的活性,与相同条件下制备的TiO2/玻璃膜相比, TiO2纳米线阵列在光照1 h时对甲基橙的降解率达到93.6%, 比前者提高了40.2%, 具有很好的光催化活性.     

微波法合成一维结构Cd(OH)2螺旋形纳米线

通过微波辐照法一步合成了长1~3 μm, 直径30~100 nm的螺旋形纳米线, 实验结果表明它是由更细的纳米线组装成束的. 通过改变反应物浓度可以调控螺旋纳米线的直径和长度, 不同的镉盐对产物的结构与形貌有较大的影响. 讨论了螺旋形纳米线可能的形成机理.     

电位控制ZnO/表面活性剂复合多层膜在固/液界面上的自组装

通过控制固/液界面电极电位的方式, 控制表面活性剂和金属离子在电极表面的自组装, 制备出了高度取向的ZnO/表面活性剂复合多层膜. 对无机层形态和结构进行了分析, 并采用X射线反射率和X射线漫散射研究了电极电位控制下ZnO/表面活性剂复合多层膜在固/液界面的自组装生长. 结果表明, 在一定电位下, 只有当表面活性剂浓度低于其饱和吸附浓度时, 采用阶跃电位沉积方式才能明显改变复合薄膜的周期厚度; 恒电位沉积方式控制电极电位时, 随着沉积电位的提高, 多层膜层状结构由一组层状相变为多组层状相, 同时层状结构的取向变差. 实验研究结果验证了电化学自组装过程是由金属离子的还原速度和表面活性剂的吸附速度二者共同控制完成的.     

PEO-PPO聚醚嵌段共聚物的表面活性及其在溶液界面的结构

利用和频振动光谱及表面张力测定技术对两亲性聚氧乙烯-聚氧丙烯(PEO-PPO)表面活性剂的表面活性及溶液界面结构进行了研究。结果表明:疏水PPO链段在溶液界面吸附并紧密排列是溶液表面张力降低的主要原因。增加溶液浓度、增大共聚物链内PPO与PEO聚合度比值可增加高分子链在界面的吸附,并使PPO在界面紧密排列,侧基(甲基)有序取向。另外,PPO在分子链中的位置也对这一行为产生影响,PPO位于分子链两端时的结构更有利于PPO在表面紧密堆积,降低界面高分子链间相互作用,减小溶液表面张力。     

氧化银纳米线在官能化二氧化硅颗粒表面的自组装合成

在碱性水醇溶液中, 硝酸银与用3-(2-氨乙基氨丙基)三甲氧基硅烷[N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxy- silane, AMPTS]表面修饰后的二氧化硅胶体颗粒相互作用, 发现所生成的氧化银纳米颗粒可以在二氧化硅颗粒表面自组装为氧化银纳米线. 通过调变反应物中Ag/Si摩尔比, 可对氧化银纳米线的形貌进行调控. 在较小的Ag/Si摩尔比下, 可以得到结构均匀、直径约为50 nm、长度几十微米的氧化银纳米线. 随Ag/Si摩尔比增大, 得到的氧化银纳米线逐渐变短变粗, 且结构变得不均匀. 高分辨透射电镜(HRTEM)显示, 所有的氧化银纳米线均由直径10～20 nm的氧化银颗粒定向堆积而得. 利用透射电镜(TEM)对氧化银纳米线的形成过程进行了观察, 并对氧化银颗粒形成及组装机理进行了探讨.     

片状碘化铋辅助液相法合成硫化镉纳米线的取向行为和场发射特性

利用低温液相法可控合成有序硫化镉纳米结构. 用片状碘化铋作为可分解的二维模板实现硫化镉纳米线的生长调控. 采用不同尺寸的片状碘化铋并控制反应温度, 成功制备出硫化镉纳米线的平面方形网状结构、无序交织网状结构和有序阵列结构. 电子显微分析、X射线衍射和光致发光分析显示, 这些纳米结构晶化程度良好. 场发射测试表明, 硫化镉纳米线由横向排列向竖直排列的可控变化使得硫化镉纳米线平面方形网状结构、无序交织网状结构和有序阵列结构的场发射性能依次增强.