1、有機納米材料研究綜述有機納米功能材料是一個尚未引發人們重視但又極為重要的領域,其材料是由納米尺寸的分子組成，它們具有電、光板吸波功能等特性，能夠用作功能型防腐防污涂料、納米量子點的基材、旋光性分子識別、材料的憎強等方面。吉林大學的科研職員在該項研究方面已取得重大功效，成功地取得了長度為20納米之內的電活性有機分子和直徑均勻為16-50納米的纖維及孔徑為1-2納米的剛性環狀分子。莫天明化工系丫50784107摘要本文綜述了有機納米材料的制備方式、性質及其應用。關鍵詞有機納米材料激光輻射法再沉淀法ProgressinOrganicNanoparticlesMoTianmingDepartmento

2、fChemistryYS0784107AbstractThepreparations,propertiesandapplicationsoftheorganicnruioparticlcswerereviewed.KeywordsOrganicnaiioparticleReprecipitationLaserirradiation一.前言納米材料是晶粒尺寸小于WOnm的單晶體或多晶體，由于晶粒細小，使其晶界上的原于數多于晶粒內部的，即產生高濃度晶界，因此使納米材料有許多不同于一樣粗晶材料的性能。有機納米材料因其新穎的光學、電學、催化、藥物、生物等性能引發人們的普遍重視。最近幾年來，因有機分子的

3、多樣性，將納米材料從金屬和半導體擴展到有機化合物，尤其是擴展到一樣的有機分子已成為一個必然的趨勢。本文從有機納米材料的制備、性質和應用等方面來介紹有機納米材料的研究進展。2002年亞洲納米會議于11月26日在日本東京召開，歷時3天。這是從1996年以來第4次召開的綱米會議。與會代表近200人，要緊來自日本、中國、韓國。目的是交流思想，增強國際間交流與合作，增進亞洲綱米技術與科學的進展。共有50多名科學家作了大會發言。會上，涉及到的有機納米材料要緊包括生物大分子和電胱活性高分子兩種。在有機納米結構材料方面，用是新發明的聚合物“蜂窩”膜作模板，制備各類納米材料成為熱點。可見，是近幾年來，因有機分子

4、的多樣性，將綱米材料從金屬和半導體擴展到有機化合物，尤其是擴展到一樣的有機分子已成為一個必然的趨勢。本文從有機納米材料的制缶、性質和應用等方面來介紹有機納米材料的研究進展。二.有機納米材料的制備方式由于有機納米材料具有獨特的表面效應，量子效應及局域場效應三大結構特性，表現出一系列與一般多晶體和非晶體物質不同的光、電、力、磁等性能，因此有機綱米材料的制備、結構和應用前景的開發，將成為21世紀材料科學研究的新熱點，但是納米材料的制備方式與手腕直接阻礙納米材料的結構，性能及應用，因此進展高效納米材料制備技術十分重要。目前，有機納米材料經常使用的制備方式有：微乳液法，激光輻射法，再沉淀法三種。微乳液法

5、微乳液是指兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學穩固的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑ITOOnm的分散體系；它有水包油型（Q/用）、油包水型（W/。）和油水雙持續型三種結構1。微乳液制備有機納米材料的特點在于：微反映器的界面是一層表面活性劑分子，在微反映器中形成的納米顆粒因這層界面膜隔離而不能聚結，是理想的反映介質。由于微乳液的結構能夠限制了顆粒的生長，使納米顆粒的制備變得容易。這種方式的實驗裝置簡單，操作方便，而且能夠人為操縱粒徑，因此在有機納米顆粒的制備中具有極為普遍的應用前景。當利用微乳液法制備納米材料時，納米材料的形成機理一樣有以下3種情形2:將2個別離增溶有反映物A,B的

6、微乳液混合，現在由于膠團顆粒間的碰撞，發生了水核內物質的彼此互換或物質傳遞，引發核內的化學反映.由于水核半徑是固定的，不同水核內的晶核或粒子之間的物質互換不能實現，因此水核內粒子尺寸可取得操縱。一種反映物在增溶的水核內，另一種以水溶液形式（例如水合臍和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內反映物穿過微乳液界面膜進入水核內與另一反映物作用產生晶核并生長，產物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵、銀、鋅納米粒子的制備確實是采納此種體系。一種反映物在增溶的水核內，另一種為氣體（如o二、NH3,C02）,將氣體通人液相中，充分混合使二者發生反映而制缶納米顆粒。例如Dcbuignu報導了用微乳液法制備

7、膽固醇和聚酰胺纖維等納米材料。微乳液法制備膽固辭和聚酰胺纖維等納米材料是在持續超聲波作用下，在有機相中加入一種表面活性劑,接著依照水與表面活性劑的比例向有機相中加入相應教星的水，取得的乳液透明而且很穩固，然后將有機分子溶液逐滴加入到上述乳液中，在超聲波和磁攪拌作用下維持適當的時刻就完成了膽固醇和聚酰胺纖維等有機納米材料的制備。微乳液作為一種具有特定性能的微環境，能夠實現多種化學反映，合成具有特定功能的有機、無機Z內米材料及宣合材料，無疑為新材料的開發開辟了一條新途徑.但該領域的研究目前還僅限于少數微乳體系，納米材料的形貌、尺寸及結構的精準操縱，納米材料形貌的形成機理與生長動力學，功能分子的設計

8、、制備和組裝，納米功能材料的侵臺和所涉及的表面、界面及功能協一樣方面還需進一步深切的研究，且目前報導的微乳液法制備的新材料多數尚處于實驗室開發時期，實現工業化尚存在必然距離；因此，微乳法制缶納米材料的研究是一個既有重要的理論研究價值又有廣漠應用前景的新領域。激光輻射法激光輻射法是近幾年興起的制備納米微粒的一種優良方式。該法具有粒子表面清潔，大小能夠精準操縱，無粘結，粒度散布均勻等特點，并容易制缶出幾納米的非晶態或晶態納米微粒。該方式適用于溶于水或非溶于水的有機化合物，在應用中能夠用水來替代有機溶劑。減少環境污染，是一種加倍綠色、環保的制備有機綱米材料的方式。B°li等人回報導利用激光

9、輻射法成功合成了有機納米材料V（Pc和CuPc,并研究了溫度、輻射時刻、表面活性劑的類型及表面活性劑的濃度對制備有機納米材料VoPc和CuPc的阻礙。研究說明：隨著溶液溫度的降低，生成納米材料VoPc和CuPc的產率提高：輻射時刻和表面活性劑的類型對制備VoPc和CuPc阻礙不明顯。但加入表面活性劑可提高了納米材料VoPc和CuPc的產率，增加了納米材料VoPc和CuPc的穩固性，同時也使制缶的綱米顆粒變得更小。通過改變表面活性劑的濃度能夠操縱有機納米材料VoPc的晶體結構。Yoshiaki、Tamaki4等人報導丁_5J采納激光輻射法制備了芳香族和染料肓機納米材料。激光輻射法不可是一種較好的

10、制備有機納米材料的方式，同時也是一種操縱分子聚集結構的手腕。利用激光輻射法通過調劑波長、脈沖寬度、輻射能星、輻射時刻和溶劑就能夠操縱納米分子的分散度、分子大小及相轉變。但該方式需要的儀器昂貢，操作相對復雜，在必然程度上限制了其在有機納米材料制缶中的應用。再沉淀法再沉淀法是快速地將含有目標物的溶液注人到另外一種溶解性較差的溶劑中，由于環境的突變使有機分子產生沉淀生成有機納米顆粒。這種方式的優勢在于其操作筒單，靈活，成為制缶有機綱米材料的首選方式之一。shavuLi等人報導了司采納再沉淀法制備有機納米材料N,N2一鄰羥苯亞甲基對苯二胺(PBSP),將適量的PBSP的四氫映喃液體快速注入水中，同時恒

11、溫攪拌，就取得了含有PBSP納米材料的溶液，再進一步處置如將溶劑揮發就取得了PBSP有機納米材料。Hong-Bing等人R利用該方式合成了PDDP(1一苯基一3一(二甲氨基)苯乙烯基)一5一(二甲氨基)苯基一2一口比理琳)有機綱米材料.，H.Y.Kim等人圄利用再沉淀法合成了并四苯有機納米材料。再沉淀法由于利用的裝置簡單，操作方便，效益上經濟實惠，因此在有機納米材料的制備中被普遍應用。三.有機納米材料的性質有機納米材料具有納米材料的大體性質如小尺寸效應,表面效應,量子效應,除此之外還有許多獨特的物理、化學性質如熒光性質、催化性質、熱學性質。熒光性質很多有機納米材料具有熒光放射特性，sh.dyu

12、L等人研究了N,N2一鄰羥苯亞甲基對苯二胺(PBSP)有機納米材料的發光機理，并發覺PBSP有機納米顆粒的熒光強度比其在溶液中增強了60倍以上。這些熒光有機納米材料大部份都含有二苯乙烯官能團或二苯乙烯的衍生物。這種熒光放射現象是由熒光團聚合體分子內和分子間作用形成的分子內作用,包括構象的旋轉和生色團的旋轉。分子內作用對熒光增強的阻礙能夠用一個假設來講明：在溶液中構象和生色團的旋轉抑止發光進程，聚集結構為H結構；而固態時在一個平面上的部份能夠激發熒光發射進程，聚集結構為J一結構。兀共施生色團分子間作用與聚集結構相關如H一和J一二聚體，H一和J一聚集體等等。關于H結構來講分子是排成一行的而且彼此是

13、平行的，較高電子能級負荷所有的振亍強度，同時分子無法從基態躍遷到低偶合激發態，因此H結構的吸收為藍移。在這種情形下，從高電子能級到低電子能級的內轉換比發射快得多，因此H一結構的發射受到抑制。關于J一結構這些分子被調整成為傾斜的堆積，許諾分子從基態遷移到分子的低偶合激發態，因此其吸收為紅移而且發射比內轉換快的多，J一結構的發射強度也有了大幅度的提高。因此有機納米材料中熒光聚合體分子內和分子間作用對其熒光強度有決定性的阻礙。催化性質納米顆粒尺寸小，位于表面的原子占的體積分數專門大，產生了相當大的表面能，隨著納米顆粒尺寸的減小，比表面積急劇加大，表面原子數及所占的比例迅速增大。由于表面原子數增多，比

14、表面積大，原子配位數不足，存在不飽和鍵,致使納米顆粒表面存在許多缺點，使其具有很高的活性，容易吸附其它原子而發生化學反映。當納米顆粒的尺寸降到。10nm）時，電子能級由準持續變成離散能級，半導體納米粒子存在不持續的最高被占據分子軌道和最低未被占據的分子軌道能級，能隙變寬，此現象即量子尺寸效應，量子尺寸效應會致使能帶藍移，并有十分明顯的禁帶變寬現象，使得電子/空穴具有更強的氧化電位，從而提高了納米催化劑的催化效率H.Y.Kim等人研究了并四苯有機納米材料的催化性質，發覺并四苯有機納米材料具有較大的表面積對幾種不同的有機分子，尤其是對染料分子具有專門好的催化活性，是一種專門好的催化劑。有機納米材料

15、催化劑將大大推動催化反映的進展。熱學性質有機納米材料具有特殊的熱學性質，在玻璃化轉變溫度和熱容方面不同于玻璃和液體，這種性質是由納米顆粒的小尺寸效應造成的。隨著有機納米顆粒尺寸的減小，它們的和熱容不同減小。但相較熔化轉變而言這種尺寸效應要弱的多。為了說明小尺寸效應付納米材料熱力學性質的阻礙,研究人員已經提出了許多的模型。lsin&模型以為：玻璃化轉變相當于二級轉變，并用它說明了許多流體相分離和磁性方向的轉變。在此基礎上Sappch等人提出了一個小尺寸效應付g阻礙的模型。該模型借鑒了二級相轉變理論并預測了g向下移動的趨勢。另外一種考慮&的小尺寸效應是將所觀看到的因小尺寸效應而發生

16、的g移動與所假設的一級相轉變造成的移動如熔化相較較，這些研究都說明玻璃態轉變和熔化轉變向有序進展的趨勢。Z.Zhang等人9。依照king和Sappck等人提出的模型對有機納米材料三聯苯和苯甲基乙醉的玻璃化轉變溫度進行了預測，預測結果與實際現象相一致。但關于有機納米材料熱學性質的全面研究才起步，所成立的熱力學模型還有待進一步完善。四.有機納米材料的應用測定核酸的含量有機納米材料如1一,pyrcncbulyricacidN-hydroxsuccinimidccstcr納米材料具有很強的熒光性，較長的熒光壽命，較低的光致漂白性，在許多生物環境中能維持膠體的穩固性和較低的非特異吸收。與有機分子相較，

17、有機納米顆粒有較長熒光壽命，不需要優化就能夠直接用作熒光探針來測定核酸的含量利用有機納米分子作探針測定核酸的含量10,這種方式簡單、快捷，而且在較大的線性范圍內測定結果都很準確，測定結果的重復性和相對標準偏離都令人中意。生物有機納材料細菌纖維素的應用納米纖維的產生。木醋桿菌是一種革蘭氏陰性好氧菌，液體培育時，可在液面形成一層膠膜狀物，厚度可達數十毫米，經電子顯微鏡觀看和化學分析確認這是由菌體產生的細胞外纖維素纖維。Ax菌在細胞割裂進程中，緊密相連的纖維素絲帶隨著體壁不斷延伸而增加，即便細胞割裂纖絲也可不能脫落。纖絲帶相互交織形成不規那么網狀或絮狀結構，在液面形成凝膠狀菌膜。理論生產能力：平面靜

18、態培育年產量在10-6667m左右，是同面積一季皮棉產量的100倍。酷菌纖維素的商業用途。食物工業：酷菌纖維素作為食物在菲律賓和日本較為流行，是一種用Ax和米粉糖發酵后制成的低熱能（卡卜有保健功能（清腸胃、排毒、時便秘）的甜點食物。在飲料中添加人纖維素是較好的減肥保健品。造紙與無紡織物：用醋菌纖維作造紙原料，因其極高的纖維素純度免去了一樣植物纖維木質素的制漿進程。日本在造紙工業中將醋菌纖維素加入紙漿，可提高紙張強度和耐用性，并解決了廢紙回收再利用后紙纖維強度下降的問題。細菌纖維素產業在日本、美國已初步形成年產值上億美元的市場。我國在這方面的研究開發尚處于起步時期，在食物添加劑、音響振動膜、涂料和