蔡元坝等:纳米材料概述和制备及其结构表征 427 实验给出了5个不同的单晶半导体 破传统光刻方法的尺寸限制。已有报道气/液 GaA(100),GaAs(111)A,GaAs(llB,界面超分子构筑、树状分子化学吸附和两亲性 lnP(100)和S(100),这些衬片可提供肽一衬底分子的表面集聚3种方法12在构筑表面图案 相互作用的系统评价。那些成功地连接到特定化的成功尝试 晶体的蛋白质序列,从晶体表面洗提出,放 Turke等口3设计了既作结构材料又作燃 大10°倍,然后再在更严格条件下与衬底再反料的DNA机器,机器由3条DNA链组成碱基 应。这一过程重复数次以选择对衬底最特异结配对(A-T和C-G)的镊子。这个镊子可借助 合的噬菌体。经过第3、第4、第5轮噬菌体燃料DNA的辅助链而被关闭或打开,每次循 选择,晶体一特异噬菌体被分离出并对其环结果就产生双螺旋DNA的废弃产物。分子 DNA序列化。 镊子由A、B、C低聚核苷酸按照碱基配对杂化 这种能够识别并结合到不同半导体表面的生成的。A、B、C链分成功能不同1区和2 肽的设计为形成生物分子器件提供可能性。例区,A链的A1序列和B链的B1区互补,A链A2 如驱动细胞运动的马达蛋白,它可组装电子的序列区和C链C1区互补。B、C链除与A链相杂 或其它无机结构如上文提到的ATP合成酶驱化外,尚有未杂化的悬挂着的B链和C链部 动的纳米级金属转子 分,当辅助关闭链F,引进系统时它可与上述 Satishkumarl等通过裂解金属有机前B、C链悬挂端相杂化从而使镊子关闭;F打 体一二茂镍和噻吩,成功地制备了Y型结碳纳开链,它可从镊子拆卸F链,这通过F链的伸 米管。这种复合三点的碳纳米管,能够把不同出部分相杂化并以生成FF双螺旋链作为废弃 直径和手征性的碳纳米管联接起来。隧道电导产物而使镊子打开。 测量表明,这种Y型结碳纳米管象一个结二级 A链的3端和5端分别用染料分子TET 管( junctiondiode),其I-V特征曲线对零和 TAMRA加以标记,当TET用Ar离子激光 偏压是反对称的。 器的5145nm线激发时,有发射波长为 有报道,当电子通过1nm的金丝导线536nm的荧光出现。该发射线由于分子内共 时,其速度要比穿越大的金丝线大几个数量振能量转移(从TET到 TAMRA)而淬灭。 级。对电子器件来说,电子速度是至关重要 分子镊子的循环过程,可由分步加入化学 的。用电子束辐照薄的金膜,使它挥发变成金计量的关闭链F和打开链F实现镊子的关闭和 丝,当金丝薄至约为1nm时,再用透射电子打开。当镊子关闭时,共振能量从TET染料转 显微镜和扫描隧道电镜成象观察,发现原子自移到 TAMRA淬灭基团,荧光强度随之减弱 组织成蜂窝状管。在每一个管中原子绕着金丝 的轴排列成螺旋卷。这一结构与碳纳米管相2纳米材料制备 似 化学家似乎对分子自组装情有独钟,通过2.1物理制备方法 自组装,人们已经创造各种样式奇异的纳米结2.1.1蒸发冷凝法 构的格子、管、笼、线。这些分子笼可作为存 在高真空蒸发室内通入低压惰性气体,使 储、输送不稳定药物分子,也可作为化学反应样品(如金属或氧化物)加热,其所生成蒸汽 的坩埚,作为生成各种纳米级分子的模板。有雾化为原子雾并与惰性原子发生碰撞而失去能 人设想既然有机分子和高聚物在溶液中可以形量,从而凝聚形成纳米尺寸的团簇并在液氮冷 成层状、球状、盘状、管状等丰富超分子结阱上聚集起来,最后得到纳米粉体。此法优点 构,那么处于界面的分子,由于受基底的二维是可在体系中装备原位加压装置,使收集到的 空间影响,其分子组装时将处于时间和空间的纳米粉体进行原位压结固化。在制备过程中可 受限状态,因此有理由推测界面分子组装有可通过蒸发速率、惰性气体类型及压力调控,来 能为产生有序规则结构提供一种新方法。可以改变产物粒子的粒径分布。 设想由界面分子组装,来构造模式化表面以突2.1.2分子束外延法(MBE)4No.6 蔡元坝等：纳米材料概述和制备及其结构表征 427 实验给出了 5 个不同的单晶半导体： GaAs(100), GaAs(111)A, GaAs(111)B, InP(100)和Si(100).这些衬片可提供肽—衬底 相互作用的系统评价。那些成功地连接到特定 晶体的蛋白质序列，从晶体 表面洗提出，放 大 106倍,然后再在更严格条件下与衬底再反 应。这一过程重复数次以选择对衬底最特异结 合的噬菌体。经过第 3、第 4、第 5 轮噬菌体 选 择 ，晶体 一 特异噬 菌 体被分 离 出并对 其 DNA序列化。 这种能够识别并结合到不同半导体表面的 肽的设计为形成生物分子器件提供可能性。例 如驱动细胞运动的马达蛋白，它可组装电子的 或其它无机结构如上文提到的 ATP 合成酶驱 动的纳米级金属转子。 Satishkumar [11] 等通过裂解金属有机前 体—二茂镍和噻吩，成功地制备了Y型结碳纳 米管。这种复合三点的碳纳米管，能够把不同 直径和手征性的碳纳米管联接起来。隧道电导 测量表明，这种Y型结碳纳米管象一个结二级 管（junctiondiode），其I----V特征曲线对零 偏压是反对称的。 有报道，当电子通过 1 nm 的金丝导线 时，其速度要比穿越大的金丝线大几个数量 级。对电子器件来说，电子速度是至关重要 的。用电子束辐照薄的金膜，使它挥发变成金 丝，当金丝薄至约为 1 nm 时，再用透射电子 显微镜和扫描隧道电镜成象观察，发现原子自 组织成蜂窝状管。在每一个管中原子绕着金丝 的轴排列成螺旋卷。这一结构与碳纳米管相 似。 化学家似乎对分子自组装情有独钟，通过 自组装，人们已经创造各种样式奇异的纳米结 构的格子、管、笼、线。这些分子笼可作为存 储、输送不稳定药物分子，也可作为化学反应 的坩埚，作为生成各种纳米级分子的模板。有 人设想既然有机分子和高聚物在溶液中可以形 成层状、球状、盘状、管状等丰富超分子结 构，那么处于界面的分子，由于受基底的二维 空间影响，其分子组装时将处于时间和空间的 受限状态，因此有理由推测界面分子组装有可 能为产生有序规则结构提供一种新方法。可以 设想由界面分子组装，来构造模式化表面以突 破传统光刻方法的尺寸限制。已有报道气/液 界面超分子构筑、树状分子化学吸附和两亲性 分子的表面集聚 3 种方法[12]在构筑表面图案 化的成功尝试。 Turke 等[13] 设计了既作结构材料又作燃 料的DNA机器，机器由 3 条DNA链组成碱基 配对（A-T和C-G）的镊子。这个镊子可借助 燃料DNA的辅助链而被关闭或打开，每次循 环结果就产生双螺旋DNA的废弃产物。分子 镊子由A、B、C低聚核苷酸按照碱基配对杂化 生成的。A、B、C链分成功能不同 1 区和 2 区，A链的A1 序列和B链的B1 区互补，A链A2 序列区和C链C1 区互补。B、C链除与A链相杂 化外，尚有未杂化的悬挂着的B链和C链部 分，当辅助关闭链F，引进系统时它可与上述 B、C链悬挂端相杂化从而使镊子关闭； F ＿ 打 开链，它可从镊子拆卸F链，这通过F链的伸 出部分相杂化并以生成FF ＿ 双螺旋链作为废弃 产物而使镊子打开。 A 链的 3 端和 5 端分别用染料分子 TET 和 TAMRA 加以标记，当 TET 用 Ar 离子激光 器 的 514.5nm 线激发 时，有发射波长为 536nm 的荧光出现。该发射线由于分子内共 振能量转移（从 TET 到 TAMRA）而淬灭。 分子镊子的循环过程，可由分步加入化学 计量的关闭链F和打开链F ＿ 实现镊子的关闭和 打开。当镊子关闭时，共振能量从TET染料转 移到TAMRA淬灭基团，荧光强度随之减弱。 2 纳米材料制备 2.1 物理制备方法 2.1.1 蒸发冷凝法 在高真空蒸发室内通入低压惰性气体，使 样品（如金属或氧化物）加热，其所生成蒸汽 雾化为原子雾并与惰性原子发生碰撞而失去能 量，从而凝聚形成纳米尺寸的团簇并在液氮冷 阱上聚集起来，最后得到纳米粉体。此法优点 是可在体系中装备原位加压装置，使收集到的 纳米粉体进行原位压结固化。在制备过程中可 通过蒸发速率、惰性气体类型及压力调控，来 改变产物粒子的粒径分布。 2.1.2 分子束外延法(MBE)[14]