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近日，中科院物理所軟物質(zhì)物理實(shí)驗(yàn)室李明研究組，在自組裝納米材料研究中取得最新進(jìn)展。他們利用表面活性劑分子的自組裝特性來(lái)分散并排列直徑約3 nm的半導(dǎo)體量子點(diǎn)，獲得了固體表面大面積高度有序的納米顆粒-磷脂多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。該方法對(duì)于不同納米顆粒(包括生物大分子、碳納米管等)及不同種類(lèi)的表面活性劑分子都具有良好的適應(yīng)性，具有廣泛的應(yīng)用前景。詳細(xì)結(jié)果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)志》(J. AM. CHEM. SOC. 129, 11332 (2007))上。本工作得到了中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助。

    該研究組對(duì)在有機(jī)模板內(nèi)進(jìn)行納米材料的分散組裝進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。該小組使用一種中性磷脂，利用一定濃度下磷脂分子能夠自組裝形成親水層-疏水層交替多層結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，使量子點(diǎn)均勻地分散在磷脂親水層間，并在層內(nèi)形成有序的二維分布。這一過(guò)程始于具有一定相對(duì)濃度的顆粒和磷脂的混合溶液。溶液中納米顆粒較均勻地吸附在膠束或脂質(zhì)體表面。將混合溶液滴在做過(guò)親水處理的固體表面，借助溶劑的快速揮發(fā)可使磷脂自組裝成多層膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在膠束或脂質(zhì)體表面吸附的納米顆粒被裹挾在親水層間。溶劑分子在由中心向邊緣逃逸的過(guò)程中引發(fā)層流，混合溶液流動(dòng)所帶來(lái)的剪切使得多層膜平行于固體襯底排列。X射線(xiàn)反射、X射線(xiàn)掠入射衍射及TEM等方法驗(yàn)證了這種多層有序復(fù)合結(jié)構(gòu)的存在，并獲得了同一層內(nèi)相鄰顆粒中心之間距離的具體數(shù)值。

    在納米尺度上對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行有序排列并控制相鄰顆粒之間的距離，可以改變量子點(diǎn)之間、量子點(diǎn)與其載體之間的共振耦合性質(zhì), 在微電子器件、仿生材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。在納米尺度上控制量子點(diǎn)的排列并達(dá)到長(zhǎng)程有序性是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。過(guò)去的研究工作大多基于納米顆粒在固體支撐物上的原位生長(zhǎng)，這種方法很難控制納米顆粒的尺寸分布以及納米顆粒在支撐物上的分散有序性。隨著單分散納米顆粒合成技術(shù)的進(jìn)步，更多新的組裝方法例如外場(chǎng)引導(dǎo)的沉積和靜電層層組裝等也被大量采用。這些方法盡管要求復(fù)雜的操作過(guò)程和/或顆粒與有機(jī)物間的電荷匹配效應(yīng)，卻很難得到長(zhǎng)程有序的復(fù)合結(jié)構(gòu)。