模板技术在纳米材料制备中的应用与发展.pdf

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1、3 8材料导报2 0 0 6 年5 月第2 0 卷专辑模板技术在纳米材料制备中的应用与发展杜朝锋，黄英，秦秀兰(西北工业大学理学院应用化学系，西安7 1 0 0 7 2)摘要模板法制备的纳米材料具有形貌、结构、尺寸、取向等可控的特点，是一种简便有效的方法。介绍了在纳米材料合成中常见的几种模板，包括多孔阳极氧化铝模板、痕迹刻蚀聚合物模板、共聚物模板、中孔材料、碳纳米管、生物模板、聚集体模板与混合模板；论述了利用模板技术可以制备材料的类型及模板技术在核壳结构材料、空心微球材料、生物技术方面的新进展。关键词模板法纳米材料组装A p p l i c a t i o n sa n dD e v e l

2、o p m e n to fT e m p l a t e si nN a n o m a t e r i a l sP r e p a r a t i o nD UZ h a o f e n g，H U A N GY i n g，Q I NX i u l a n(D e p a r t m e n to fA p p l i e dC h e m i s t r y，S c i e n c eo fC o l l e g e，N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y，X i a n7 1 0 0 7

3、 2)A b s t r a c tT e m p l a t ei sas i m p l ea n dc o n v e n i e n tm e t h o dt h a tc a ne n d o w e dn a n o m a t e r i a l sw i t hc o n t r o l l a b l ef e a t u r ei na p p e a r a n c e，c o n s t r c t i o n，d i m e n s i o na n do r i e n t a t i o n T h i sp a p e rs u m m a r i z e s

4、t h ec l a s s i f i c a t i o no ft e m p l a t e s，i n c l u d i n gp o r o u sa n o d i ca l u m i n u mo m d em e m b r a n e，t r a c k-e t c h e dp o l y m e r i cm e m b r a n e s，c o p o l y m e rt e m p l a t e s，m e s o p o r o u sm a t e r i a l，c a r b o nn a n o t u b e s，b i o l o g i c

5、 a lt e m p l a t e s，s o f tt e m p l a t ea n dm i x e dt e m p l a t e s A n dd i s c u s s e st h ec l a s so fp r e p a r e dm a t e r i a l，e m p h a s i z e so ni n t r o d u c i n gn e wt e m p l a t i n gd e v e l o p m e n ti nc o r e-s h e l ls t r u c t u r em a t e r i a l s，c e n s p h

6、 e r em a t e r i a l sa n db i o t e c h n o l o g y K e yw o r d st e m p l a t e，n a n o m a t e r i a l s，a s s e m b l i n g所谓模板合成就是将具有纳米结构、价廉易得、形状容易控制的物质作为模子，通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。模板法与湿化学法(沉淀法、水热合成法等)、气相化学法、溶胶一凝胶法、分子束外延、射线照射法等相比具有诸多优点，主要表现在：多数模板不仅可以方便地合成，而且其性质

7、可在广泛范围内精确调控；合成过程相对简单，很多方法适合批量生产；可同时解决纳米材料的尺寸与形状控制及分散稳定性问题；特别适合一维纳米材料，如纳米线、纳米管和纳米带的合成。因此模板合成是公认的合成纳米材料及纳米阵列的最理想方法。利用模板方法可以制备金属、半导体、碳、聚合物和其它材料组成的纳米管和纳米线，它们可以是单组分材料，也可以是复合材料，或在管内甚至可包裹生物材料。由于模板法在材料合成方面具有特别的优势，因此，模板技术在光学材料、磁性材料、光电材料、生物材料方面具有广阔的应用前景。本文主要综述合成材料中模板的类型和利用模板技术可以合成的材料分类，以及模板技术和自组装技术等技术结合来制备具有特

8、殊结构和性质的纳米材料。1 常见的模板类型1 1多孔阳极氧化铝模板多孔阳极氧化铝模板(A A O 模板)具有高度有序的纳米孔阵列，孔径在5 4 2 0 n m 范围内可调控，膜厚可达1 0 0 p mp AI-_，孔密度为1 0 9 1 0 1 2c m，这些参数可通过改变电解液的种类、杜朝锋：男，1 9 7 5 年生，硕士研究生，主要从事功能材料的研究浓度、温度、电压、电解时间等工艺条件以及最后的扩孔工序来调节。已用于制备金属、非金属、半导体、导电高分子等纳米粒子阵列，纳米电缆，纳米“三明治”结构，纳米管和纳米线等纳米材料。马春 1 利用0 5 m o l L 的草酸溶液在4 0 V 的直流

9、电压下连续2 h，采用二步氧化法获得了高质量的氧化铝多孔模板，其典型孔径值为4 0 7 0 n m，孔间距约1 1 0 n m，深度可达毫米量级；分析了溶液温度对结果的影响，比较了单步法和两步法获得的样品的多孔结构，认为低温下的二步氧化法可以获得很好的多孔氧化铝模板。L i n gL i u 等 2 同样利用二步法4 0 V 直流电压下先在H zC 20 4 溶液中反应2 h，然后再转移到0 4 m o l LH。P 0 4和0 2 m o l LH zC 2 0 4 的混合溶液中恒温，在6 0。C 下得到氧化铝模板。结果如图l 所示。图1采用二步法阳极化制备的A A O 模板的S E M 图

10、1S E M 嘛o ft w o-s t e pa n o d i z a t i o nA A Ot e m p l a t e南京大学杨绍光等3 1 使用9 9 5 的铝片，利用电化学阳极 万方数据模板技术在纳米材料制备中的应用与发展杜朝锋等3 9氧化手段制备了纳米孔洞氧化铝模板，通过控制腐蚀时间，可以调节模板的孔径大小。x 射线衍射()和透射电子显微镜(T E M)等测试表明，模板的孔径比较均匀，局域有序。孔径约为2 5 n m，孔心间距约为5 0 n m。从样品截面的扫描电子显微镜(S E M)观察可以看到孔洞是相互平行的直洞，洞的长度约1 5 m。目前，将多孔氧化铝膜制备工艺移植到硅

11、衬底上，以硅基集成为目的，研制硅衬底多孔氧化铝模板复合结构成为一个新的研究方向。z C h e n 等 4 用阳极铝薄膜为模板在硅衬底上制备了锗纳米点阵列。他们利用铝箔在酸溶液中的两次阳极氧化制备出模板，调整工艺条件可得到有序孔阵列模板，孔的尺寸可在1 0-2 0 0 n m 之间变化，锗通过在硅衬底上的模板蒸发得到纳米点，这种纳米点的直径为8 0 n m，纳米点阵列的密度约为1 2 1 0 1 0 c m 2，所研制的金属绝缘体一半导体结构有存储效应。图2为利用阳极铝薄膜为模板制备的锗纳米粒子的S E M 图。图2 阳极铝薄膜模板未去除时(a)和去除后(b)硅衬底上锗纳米粒子的S E M 图

12、F 嘻2S E Mj I l I a g 器o fG en a n o p a r t i c l e sO l lt h eS is u b s t r a t eb e f o r er e m o v i n gt h eA A Mt e m p l a t e a)，a n dr e m o v i n gt h eA A Mt e m p h t e(b)1 2 痕迹刻蚀聚合物模板用核裂变碎片轰击6 1 0“m 厚的聚碳酸酯、聚酯或聚乙烯醇等高分子膜，使膜出现损伤，然后用化学法使损伤痕迹腐蚀发展成纳米孔道，即得痕迹刻蚀聚合物模板(T E P M)5 。刻蚀过程取决于蚀刻剂的浓度、p

13、H 值，控制刻蚀条件可改变孑L 的尺寸。T E P M 模板柔韧性好，不像A A 0 模板那样脆，且在高酸性条件下能维持较长时间，因此应用也相当广泛。用T E P M 模板已合成了A g、P d、A u 及导电聚合物等纳米线或纳米管。图2 为聚碳酸酯纳米孔模板的二维与三维A F M 图L 6 j。图3 聚碳酸酯纳米孔模板的2 D 与3 DA F M 图F i g 3A F M(2 Da n d3 D)v i e wo fi r r a d i a t e da n de t c h e dp o l y c a r b o n a t e1 3 共聚物模板以共聚物为模板(C o p o l y

14、 m e rt e m p l a t e s)的纳米光刻术由P r i n c e t o n 大学的MP a r k 等 7 利用在共聚物薄膜中通过自装配作用形成的有序微畴作为侵蚀的掩模的方法，在氮化硅上印上致密的、纳米尺寸的孔和点的周期性阵列。在每平方厘米上有1 0 1 1 个部件，其用途可能很多，包括制成高密度磁记录器件。采用自组装嵌段大分子作为模板剂，制备纳米金属、半导体、陶瓷等，可以有效控制尺寸及分布，并且可以使纳米粒子得到高的稳定性，在催化、光电、粒子分离等领域有良好的应用前景。S t e p h a nF 6 s t e r 8 研究了在聚苯乙烯聚4 一乙烯基吡啶胶束体系中制备

15、金纳米胶体的工艺。图4 为在嵌段共聚物胶柬体系中的金纳米胶体的S E M 图。将H A u C l 4 作为先驱体溶解于聚4 一乙烯基吡啶胶束的核心(图4(a)，利用还原剂L i A l H a 所发生的还原反应在胶束的核心得到少量直径为l n m 的金粒子(图4(b)，当使用E t 3 S i l l 为还原剂且在发生缓慢反应的条件下，胶束核心有直径为3 n m 的金的结晶体(图4(c)，胶束的壳可起到限制微粒尺寸的作用。该方法可制备A u、A g、P t,C u、N i、P b、R h 和C o 的金属胶体。图4 在嵌段共聚物胶束体系中的金纳米胶体F i g 4G o l dn a n o

16、 c o l l o i d si nm i c e l l a rb l o c kc o p o l y m e rs y s t e m s1 4 中孔材料自从1 9 9 2 年M o b i l 9 公司科研人员首次合成了具有六方规整孔道排列和窄的孔径分布的中孔分子筛M C M-4 1 之后，这个方面的研究就成为热点。P V A d h y a p a k 掣”3 采用中孔分子筛M C M-4 1 作为模板合成了银纳米线，该方法能很好地控制纳米线的形状与尺寸，在M C M-4 1 孔道中的纳米线直径最大为2 8 n m，与分子筛M C M-4 1 的孔径一致。1 5 碳纳米管碳纳米管(

17、C a r b o nn a n o t u b e s)是1 层或若干层石墨碳原子卷曲形成的笼状纤维，直径一般为0 4 2 0 n r n，管间距0 3 4 n r n左右，长度可从几十纳米到毫米级甚至厘米级，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。以碳纳米管作为模板制备的纳米材料既可覆盖在碳纳米管的表面也可填充在纳米管的管芯中。韦进全等 1 妇以碳纳米管为模板，通过加热碳纳米管与硼粉的混合物，获得了笔直的硼碳纳米线，对纳米线的结构和成分进行研究，结果表明纳米线主要为B 4 C 纳米线。图5(a)为纯化处理后碳纳米管的T E M 照片。从图5(a)可以明显看出碳纳米管的中空管状结构。图5(b)为

18、对碳纳米管掺杂硼处理后典型产物的 万方数据4 0 材料导报2 0 0 6 年5 月第2 0 卷专辑T E M 照片，绝大部分碳纳米管已经转变成了实芯的硼碳纳米线。与碳纳米管的弯曲形态不同，硼碳纳米线具有笔直的形态。图5 碳纳米管和硼碳纳米线的T E M 图F i g 5T E Mi m a g e so ft h ec a r b o nn a n o t u b e sa n db o r o nc a r b i d en a n o w i r e$1 6 生物模板许多生物体结构单元在纳米范围，如血红蛋白直径6 8 r i m，烟草花叶病毒是长3 0 0 n t o、直径1 8 n m

19、的棒状体，D N A 分子是直径约2 r i m 的双螺旋体，具有线型、环型等拓朴结构。这些具有纳米形貌的物质都可作为生物模板(B i o l o g i c a lt e m p l a t e)。B r a u n 等 1 2 将寡聚核酸连在金电极之间，用D N A 分子作模板生长出1 2“m、直径1 0 0 r i m 的A g 纳米线。将十八胺D N A C d 2+L B 膜与H。S 气体反应，依靠D N A 分子的线型结构诱导成核可制备针状C d S 纳米粒子 13|。田玫等 1 4 以鲑鱼精D N A 为模板合成了C d S 纳米粒子，透射电子显微镜观察表明所生成的C d S 是

20、一种直径约为3 n m 的线形结构。图6 为以鲑鱼精D N A 为模板合成的C d S 纳米粒子的T E M 图(6(a)与局部放大图(6(b)。图6 以鲑鱼精D N A 为模板合成的C d S 纳米粒子的T E M 图F i g 6T E Mh n a g e so fC d Sn a n o w i r eb ye s h l gi ns p e r mD N Aa st e m p l a t eT o n g x i a n gF a n 等 1 5 利用自然界中的棉花纤维作为生物模板，将棉花纤维和A 1 C h 溶液进行渗透结合，然后在空气中进行高温烧结得到产品，A l z0 3 纤

21、维保持了棉花纤维的形态结构，而且大部分都是中空的，烧结温度是a-7 型A l z0 3 的转变温度。而且烧结温度极大地影响着表面积和孔的尺寸，用棉花作为生物模板合成A 1 20 3 纤维被证实是一种方便、可行、易控的方法。1 7 聚集体模板表面活性剂聚集形成的空腔具有纳米尺寸，一般来说，正胶团的直径为5 1 0 0 n m，反胶团的直径为3 6 n m，而多层囊泡的直径为1 0 0 8 0 0 h m。形成的胶团、囊泡等软模板(S o f tt e r n-p l a t e)的形状、尺寸与表面活性剂的特性有很大的关系，例如溴化十六烷基三甲基胺在水中形成o w 型棒状胶团，可作为合成棒状金纳米

22、粒子的模板。S h e n g-Y iZ h a n g 等 1 6 以C T B A(溴化十六烷三甲基氨)为软模板剂利用电化学方法制备S e 纳米管，运用交流电压沉积在金电极上，通过控制电压来形成不同形态的s e 纳米管，对S e 纳米管进行表征与分析，S e 纳米管的直径全部在2 0 0 r i m 范围内，长度为1 0 3 0 肛1，形成高质量的三角晶型端面。1 8 混合模板法K a r l s s o n 等 1 7 利用C 6H 1 3(C I-h)3N B r 和C 1 4H 2 9(C H s)3N B r两种模板剂，合成了具有微孔和中孔双重结构的M F I M C M-4 1复

23、合分子筛。两种模板剂的比m(C 6)：m(C 1 t)=4：1 时，混合体系在1 7 5 下晶化5 天(在高温下C 6 H,s(C H s)。N B r 有利于M F l 分子筛的生成)，然后在l o o C 下晶化5 天(在低温时C 1 tH 2。(C H。)。N B r 有利于M C M-4 1 的生成)。复合分子筛的结构复杂，M F I 沸石部分嵌入M C M-4 1 中，同时M F I 沸石表面部分被M C M-4 1 覆盖。这种材料比传统的M C M-4 1 分子筛的水热稳定性明显提高，在6 5 0。C 通入1 0 0 的水蒸气5 h，中孔结构保持不变18|。2 利用模板技术制备材料

24、的分类2 1 制备纳米材料利用模板效应制备纳米材料是利用模板与所期望得到的产物之间的分子识别来完成的。所选用的模板可以是单层或多层膜、固体基质、有机小分子或生物分子等。2 1 1 制备一维纳米材料一维纳米材料具有特殊的结构和性能，在纳米器件、药物释放、纳米传感器等方面有应用前景。采用模板法可以制备结构可控、排列规整的一维聚合物纳米材料。一维材料包括碳纳米管、非碳纳米管、金属、半导体纳米线和纳米带等。(1)制备纳米管、纳米线等李晓红等 1 9 以多孔阳极氧化铝为模板，结合溶胶一凝胶法成功合成了T i 0 2 纳米管。吴庆生等 2 0 利用微乳合成结合模板合成方法实现了氯化铅纳米线的胶束模板诱导合

25、成。葛学武等 2 1 利用模板反应的机理，以尿素作为模板，在丫射线辐照条件下成功地合成了直径几十纳米、长数千纳米的银纳米带。由于碳纳米管在力学和电子学方面具有特殊的功能，因此碳纳米管在纳米纤维、纳米电子设备、扫描探针、电池等方面有重要的应用，而且传导率比石墨更高。T M a i y a l a g a n 等 2 2 通过实验给碳纳米管中结合杂原子氮，利用阳极氧化铝作为模板剂，用聚乙烯吡咯烷酮作为前驱体，通过S E M、A F M、光谱分析，与用聚丙烯腈和聚吡咯 2 3 作为前驱体相比，碳纳米管的形态更可控，强度更好，孔密度为1 0 9 孔c m 2，元素分析氮的含量为6 6(w w)，S E

26、 M 和A F M 分析发现碳纳米管具有中空结构和直线排列的特点。(2)制备无机半导体纳米材料半导体材料主要有G e 和S i，目前已开展了这方面纳米线的制备研究。将电化学方法和溶胶一凝胶方法与模板技术相结合可以制备半导体纳米管和纳米纤维材料，叶好华等 2 4 采用模板法结合具有高真空背景的低压化学气相沉积技术制备出G e 纳米线，在氧化铝模板背面喷金作为催化剂合成纳米线，其直径约3 0 n m，长度超过6 0 0 p m，且沿着纳米线轴向不同区域的直径均匀一致。(3)制备一维纳米聚合物通过模板法制备的一维聚合物纳米材料，由于模板的限制作用，聚合物分子链排列更有序，从而具有独特的结构和性能，可

27、广泛应用于纳米器件、纳米电路、万方数据模板技术在纳米材料制备中的应用与发展杜朝锋等4 1 纳米传感器等方面。聚合物可溶于溶剂形成低粘度的溶液，将聚合物溶液引入到模板的孔洞中，去除溶剂则可得到聚合物的微管。V e r o n u c a m 2 5 分别以阳极氧化铝膜和径迹蚀刻的聚酯膜为模板，通过真空抽滤的方法将不同聚合物的稀溶液引入到模板的孔洞中，然后使溶剂挥发，分别制备了P M M A、聚乳酸、聚双酚A 碳酸酯、聚1，1 一二氟乙烯和聚苯乙烯的纳米管，其直径小到3 0 n m，并在此基础上用电化学法实现了吡咯在P S 纳米管内的聚合，得到了同轴的聚合物纳米管。2 1 2 制备多维纳米材料(1

28、)组装纳米团簇、孔洞材料目前文献中所报道的纳米团簇超分子化学组装方法可分为两类：一类是利用胶体的自组装特性使团簇组装成胶态晶体，得到二维或三维的纳米团簇超晶格；另一类是利用纳米团簇与组装模板之间的分子识别来完成纳米团簇的组装。大阪大学的W a l t e rj c 2 6 用石墨颗粒作为模板，在室温条件下合成了纳米钯颗粒的模板。他采用与普通方法一样的前驱体，利用石墨晶格结构的模板作用，合成了只有在高温条件下才能得到的纳米钯颗粒。孙聆东等 2 7 J 以聚苯乙烯一马来酸酐为模板，合成了C d S、C d S：M n、Z n S、Z n S：M n 及Z n S：T b 纳米微粒，紫外吸收光谱表明

29、所得微粒尺寸均匀，T E M 结果显示C d S纳米微粒的尺寸为2 5 n m。从荧光光谱观察到掺杂离子的特征发射峰，证实了基质到掺杂离子的能量传递。通过红外光谱研究了聚合物与金属离子的键合作用，金属离子首先与聚合物的羧基配位，生成硫化物纳米微粒后，聚合物又包覆在纳米微粒的表面形成保护层。S u n 等 2 8 3 在油酸和油烯基胺中合成直径为3 1 0 n m 的铁磁性纳米粒子P t、F e，调节P t 和F e 的比例可控制纳米粒子的大小。将分散的纳米粒子溶液滴加在涂有铜膜的s i 0 网膜上，溶剂挥发后，在T E M 上观察到三维的超晶格。这种材料可以支撑高密度的磁性反转。B l a a

30、 d e r e nV a n 等 2 9 利用固体模板实现了微米量级粒子的三维组装。他们利用电子束在高分子膜上打孔洞，从而利用尺寸的匹配实现纳米团簇的组装，通过一层层的沉积制备纳米团簇的三维有序结构。李彦等 3 0 以聚氧乙烯类表面活性剂A E O-7 形成的六方相液晶为模板分别制备出了C d S 和Z n S 纳米线及中孔结构的C d S 和P b S。(2)制备夹层式纳米复合材料模板方法不仅可以合成单一物质的纳米材料，还可以制备纳米管状或线型复合材料，如碳聚丙烯腈金、二硫化钛聚吡咯、二氧化钛聚吡咯、金z 硫化钛等复合材料。K u n i t a k e c 3 1 小组将以金属络阴离子为

31、对应离子的长链胺盐组装成为有机无机的多层膜，即有机无机超晶格，在这种体系中可以进一步合成金属化合物纳米团簇，得到的将是有机分子膜一无机纳米团簇的夹层式结构。(3)制备纳米复合微球应用模板技术还可以制备有机无机纳米复合微球。陕西师范大学的张颖等 3 2 应用微凝胶模板法制备了P M M A P b S 纳米复合微球。他们以P b(A c)z 水溶液为聚合介质，加入M M A 单体反相悬浮聚合制得P M M A P b 2+杂化微凝胶。再给反应体系中通入H z S 气体，反应1 h 后经无水乙醇洗涤后自然干燥。得到的产品与不用P b(A c)2 水溶液为聚合介质得到的P M M A 有明显差异。进

32、一步分析还可以知道P M M A P b S 复合微球具有非常好的单分散性。复合微球表面具有较为完美的纳米微孔结构。2 2 制备中孔材料R y o o 等 3 3 3 意识到以该种有序的中孔硅分子筛为模板可合成规则有序的中孔碳分子筛。1 9 9 9 年R y o o 等 3 4 3 6 以M C M-4 8 为模板剂合成的中孔碳分子筛首次显示B r a g g X 射线小角度衍射峰，表明所合成的碳材料的有序性。此后，M C M-4 8、S B A _1、S B A-1 5 等一系列中孔硅铝分子筛被用作模板剂，以制备出性质各异的且通常具有分子筛分性质的中孔碳材料。到目前为止，人们用表面活性剂模板

33、法已经发展了几种新技术来增大中孔材料的孔径、增强孔分布的有序性，如采用加入辅助性的有机分子(助表面活性剂)到表面活性剂中来增大胶束团等聚合物的大小，调整表面活性剂和阳离子的浓度，或对中孔分子筛进行合成后的处理等。ER o s s i n y o l 等田1 利用硬模板剂合成半导体纳米结构的氧化物材料，这种合成方法和以前利用软模板技术合成半导体材料具有更好的适应性。采用二氧化硅基S B A-1 5 和K I T-6 为硬模板剂，进行半导体材料C e 0 2 和W 0 3 的合成，由于这些半导体材料具有纳米级的尺寸，约5 1 0 n m，有高的比表面积，完全可以取代二氧化硅类材料在气敏装置上的使用

34、。3 模板技术在材料制备方面的研究进展3 1利用模板技术自组装纳米材料纳米粒子问的相互作用以范德华力为主，这种弱的相互作用对于自组装中的有序排列仅仅起到有限的促进作用，纳米结构自组装的关键工作在于制备大尺寸、长程有序、无缺陷的自堆积结构，一般情况下，溶液化学在自组装上是完美的，但在大尺寸上的自组装要借助于模板技术。模板作为形成有序结构的主体基质，可以制备出大尺寸、结构可控的自组装结构。将模板合成与分子自组装等技术结合，制备具有特殊结构和性质的纳米材料将是今后纳米材料制备的另一个热点。3 1 1 纳米孔道阵列辅助自组装线形或棒状结构的自组装最典型的模板是由电化学腐蚀得到的氧化铝纳米孔穴。阳极多孔

35、氧化铝带有纳米孔穴排列的自组装结构。氧化铝是通过酸性电解质中的铝在阳极氧化作用下制得，阳极多孔氧化铝具有圆柱形六角小腔的堆积排列，这些孔穴是纳米小腔体，可以制得一系列的纳米结构。3 1 2自组装自然结构许多生物结构是分子水平或细胞水平的自组装，纳米结构的T i O z 保护面可以用蛋白质作模板来制备。光导纤维晶体自组装也是一种控制纳米晶体自组装的有效方法，应用光敏基质和合适的防护层，在基质上形成不同的自组装花样。将生物分子修饰到纳米粒子表面，利用生物分子之间的识别功能，实现纳米粒子的自组装。3 1 3 碳纳米管阵列的催化辅助生长用C V D 法生长碳纳米管(c N T s)时，生长速度依赖金属

36、催化剂，例如F e 和N i。金属粒子作为催化活化点可以促进碳原子规则生长。金属粒子能够固定C N T s 的底部，或者在反应初期依赖于纳米粒子衬底的键合力，一个纳米粒子总是对应一个 万方数据4 2 材料导报2 0 0 6 年5 月第2 0 卷专辑C N T 的形核和生长。3 2 核-壳纳米复合粒子制备核壳纳米复合粒子具有许多不同于单组分胶体粒子的独特的光、电、磁、催化等物理与化学性质，是构筑新型功能复合材料的重要组元，在光子带隙材料、微波吸收材料、电磁流变液、催化剂和生物等领域有重要应用。以胶体粒子作为模板制备核壳复合粒子，即在胶体粒子模板表面上利用定向聚合技术、可控沉积技术、纳米、微米粒子

37、组装技术与逐层组装技术。磁性纳米粒子(如F e 和F e。0 4)的磁特性会随粒径的改变而发生明显的变化，从而有可能将它们用于微波吸收剂、磁流变液和电磁流变液中的悬浮粒子，但是F e 和F e a 0 4 纳米粒子本身的化学稳定性很差，在空气中非常容易氧化和团聚。官建国等 3 8 采用在胶体粒子表面定向沉积法制备了一系列金属酞菁(M P C)与它们形成的核壳复合粒子。用该方法制备得到的F e C o P c 粒子具有“蛋糕，花生米”核壳纳米复合结构，在复合粒子的内部主要是由均匀弥散的C o P c 有机物中的磁性F e 纳米粒子组成，表面是C o P c 有机物。研究发现，这种纳米复合结构中的

38、纳米粒子的粒径以及纳米粒子间的距离和表面壳层物质的厚度等结构参数均可以通过控制沉积条件来控制。3 3 空心微球形纳米结构材料空心微球形纳米结构材料是由核壳结构纳米材料演变而来，可以通过调节异质核壳复合粒子的结构、尺寸及成分达到对其性质的可控调节，从而实现对其光学、热学、电学、磁学以及催化性质的大范围裁剪。Y a n g 等鼬】甩硫酸处理过的P S 溶胶粒子作模板，钛酸丁酯在直流电场下发生溶胶嵌胶过程，煅烧除去P S 后形成的T i o。空心球具有层柱状的球壳。用此方法合成的空心材料还包括金红石型T i 0 2、锐钛矿型T i O z 晶体、s i o z、L i N b 0 3、Z r 0 2

39、 以及A u、F e 的氧化物等。3 4 在生物技术方面的应用利用模板组装合成蛋白质(T A s P)是模仿D N A 和R N A 的复制机理，体外合成蛋白质的一种新方法。它是根据待合成蛋白质的结构，设计一种特制的模板分子，把相应的肽块安装在模板分子上，使它们按照特定方向进行聚合，得到所要合成的蛋白质。R a c h k o vA 等 4 0 以四肽T y r-P r o-L e u G l y-N H 2(Y P L G)为模板，制备Y P L G 印迹分子印迹聚合物(M I P s)，并对其识别性能进行了详细的色谱分析，结果表明，在有机流动相中，该M I P s不仅可以识别多肽T y r

40、-P r o-L e u-G l y-N H z，而且对于暴露的片断结构为P r o-L e u-G l y-N H z 的催产素也有较高的选择性。另外，模板技术在蛋白质功能预测方面也显示出其优势性能，利用已经存在的3 D 模板对蛋白质结构到功能进行预测分析已经成为一种重要的手段和方法 4“。模板技术作为超分子化学这一崭新学科的重要组成部分，在材料科学、生命科学、免疫学、分子生物学、分子设计等领域已显示出强大的潜能。尤其是在材料制备过程中的特殊优点，使其应用前景更为广阔。模板技术与单层组装技术、多层自组装技术、逐层自组装技术及核壳技术相结合都将会在新材料制备、分子生物学方面显出巨大的优势和发展

41、前景。参考文献1马春兰物理学报，2 0 0 4，5 3(6)：1 9 5 22L i uL i n g，e ta 1 E u r o p e a nP o l y m e rJ，2 0 0 5，4 1：2 1 1 73杨绍光，朱浩，洪建明，等南京大学学报，2 0 0 0，3 6(4)：4 3 14C h e n aZ，e ta 1 JC r y s t a lG r o w t h，2 0 0 4，2 6 8：5 6 05S u nL，S a r s o nPCC h e mA p p lP h y sL e t t，1 9 9 9，1 9：2 8 0 36V i j a yYN，e ta k

42、JH y d r o g e nE n e r g y，2 0 0 4，2 9：5 1 57张立德，牟其美北京：科学技术出版社，2 0 0 18S t e p h a nF 6 s t e r T o pC u r rC h e m，2 0 0 3，2 2 6：19K r e s g eCT，e ta 1 N a t u r e，1 9 9 2，3 5 9：7 1 01 0A d h y a p a kPV，e ta 1 M a t e rL e t t，2 0 0 4，5 8：1 1 6 81 1 韦进全，江斌，李延辉，等物理化学学报，2 0 0 4，2 0(3)：2 5 61 2B r a

43、 u nB。E i c h e n，S i v a nU，e ta 1 N a t u r e，1 9 9 8，3 9 1：7 7 51 3 陈霞，靳键，杨文胜，等高等学校化学学报，2 0 0 0，2 1：1 1 1 51 4 田玫，李丕春，杨文胜分子科学学报，2 0 0 2，1 8(2)：7 51 5F a nT o n g x i a n g，e ta 1 S c rM a t e r，2 0 0 5，5 3：8 9 31 6Z h a n gS h e n g y i，Z h a n gJ u a n，L i u aY i，e ta 1 E l e c t r o c h i m i c

44、 aA c t a，2 0 0 5，5 0：4 3 6 51 7K a r l s s o nA，S t o c k e rM，S c h m i d t1 KM i c rM e s oM a t e r，1 9 9 9，2 7：1 8 11 8K a r l s s o n A。S t o c k e r M，S c h m i d tRS t u dS u r fS e iC a t a l，2 0 0 0，2 9：9 91 9 李晓红，张校刚，力虎栋高等学校化学学报，2 0 0 1，(1)：1 3 02 0 吴庆生，郑能武，丁亚平高等学校化学学报，2 0 0 1，(6)：8 9 82

45、l 葛学武，倪永红，刘华蓉，等辐射研究与辐射工艺学报，2 0 0 1，(2)：1 1 82 2M a i y a l a g a nT，M a i y a l a g a nT，V i s w a n a t h a nBM a t e rC h e mP h y s，2 0 0 5，9 3：2 9 12 3J a n gJ，O hJH C h e mC o m m u n，2 0 0 4，8 8 2：2 52 4 叶好华，叶志镇，黄靖云，等半导体学报，2 0 0 3，2 4(2)：1 7 32 5C e p a kVM，M a r t i nCt LC h e mM a t e r，1 9

46、9 9，1 1：1 3 6 32 6W a l t e rJ P h i l o s o p h i c a lM a g a z i n eM a g a z i n eL e t t，2 0 0 0，8 0(4)：2 5 72 7 孙聆东，徐波，付雪峰，等中国科学B 辑，2 0 0 l，(2)：1 4 62 8S u nSH，M u r r a yCBS c i e n c e，2 0 0 0，2 8 7：1 9 8 92 9V a nB l a a d e r e nA，R u e lR，W i l t z i u st LN a t u r e，1 9 9 7，3 8 5：3 2 13

47、 0 李彦，张庆敏，黄福志，等无机化学学报，2 0 0 2，1 8(1)：7 93 1K i m i z u K aN，K u n i t a k eT A d vM a t e r，1 9 9 6，8：8 93 2 张颖，王栅，房喻，等西安：西北大学出版社，2 0 0 2 2 8 63 3R y o oR，J o oSH，J u ns JP h y sC h e mB，1 9 9 9，1 0 3(3 7)：7 7 4 33 4K r u kM，J a r o n e cM，R y o oRC h e mM a t e r，2 0 0 0，1 2：1 4 1 43 5R y o oR，J o

48、oSH JP h y sC h e mB，2 0 0 0，1 0 4：7 9 6 03 6R y o oR，J u nS，J o oSH M i c r oM e s o pM a t e r，2 0 0 1，4 4：1 5 33 7R o s s i n y o lE，A r b i 0 1J，P e i r 0F，e ta 1 S e n s o r sa n dA c t u a t o r sB，2 0 0 5，1 0 9：5 7，3 8 官建国，邓惠功，王维，等化学进展，2 0 0 4，1 6(3)：3 3 23 9Y a n gZ，N i uZ，L uY，e ta 1 A n g

49、e wC h e mI n tE d，2 0 0 3，4 2：1 9 4 34 0R a c h k o vA，M i n o u r aNt o w a r d s B i o e h i m i c aB i o p h y s i c aA c t a，2 0 0 1，1 5 4 4：2 5 54 1R o m a nAL a s k o w s k i，J a m e sDW a t s o n J a n e tMT h o r n t o nB i o l，2 0 0 5，3 5 1：6 1 4 万方数据模板技术在纳米材料制备中的应用与发展模板技术在纳米材料制备中的应用与发展作者：

50、杜朝锋，黄英，秦秀兰，DU Zhaofeng，HUANG Ying，QIN Xiulan作者单位：西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072刊名：材料导报英文刊名：MATERIALS REVIEW年，卷(期)：2006,20(z1)被引用次数：4次 参考文献(41条)参考文献(41条)1.马春兰 查看详情期刊论文-物理学报 2004(06)2.Liu Ling 查看详情 20053.杨绍光.朱浩.洪建明 查看详情 2000(04)4.Chena Z 查看详情 20045.Sun L.Sarson P C 查看详情 19996.Vijay Y N 查看详情 20047.张立德.牟其美 查看