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无机材料学报
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纳米材料形貌和性能调控的仿生自组装研究进展
李华鑫, 陈俊勇, 肖洲, 乐弦, 余显波, 向军辉
无机材料学报    2021, 36 (7): 695-710.   DOI:10.15541/jim20200443
摘要   （1185） HTML （75） PDF（pc） （27572KB）（1865）  

纳米材料在纳米尺度展现出的特殊性质, 相较于宏观尺度材料表现出众多优异特性, 在力学、声学、光学、磁学、电学、热学等各种领域具有良好的应用前景。纳米材料的仿生自组装技术模拟活体生命活动, 使纳米材料基于非共价键的相互作用, 自发形成稳定结构, 现已成为制备纳米材料的主要方法之一。仿生自组装技术是“自上而下”方法中的重要技术手段, 这种合成方式有望代替传统的“自上而下”加工技术, 实现单个原子或分子在纳米尺度上构造特定结构和功能的器件。另外, 仿生自组装技术虽然以化学过程为主, 但又有物理过程, 并且结合了“仿生学”的优点, 具有定向构造纳米材料的特点, 是众多交叉学科的热门研究手段。本文重点介绍了纳米材料在形貌和性能调控中不同的仿生自组装合成策略, 包括屏蔽效应的位相选择自组装、双相界面协同效应的仿生自组装、场诱导定位效应的功能器件一体化制备、光诱导自组装以及羟基氢键驱动的分相自组装, 总结了仿生自组装纳米材料的特性, 归纳了自组装技术在传感器、表面拉曼散射、生物医疗等领域的应用, 并对纳米材料仿生自组装技术的发展前景进行了展望。



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图9 (a)SnS2/Zn2SnO4混合膜传感器的传感性能: 人呼气、手掌出汗和婴儿尿布上的尿液及水滴计数[74], (b)基于GOx装载的H/G4-PANI水凝胶的葡萄糖传感器检测葡萄糖[85], (c)人体皮肤上的应变传感器阵列的实时响应[83]
正文中引用本图/表的段落
Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点。不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77]。Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性。He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路。
Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高。有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等。
Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...

Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...
Synthesis of La2O3 doped Zn2SnO4 hollow fibers by electrospinning method and application in detecting of acetone
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2017
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路. ...
Novel Zn2SnO4 hierarchical nanostructures and their gas sensing properties toward ethanol
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2011
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路. ...
Ethanol gas sensing performance of Zn2SnO4 nanopowder prepared via a hydrothermal route with different solution pH values
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2015
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路. ...
Coordination-driven self-assembled metallacycles incorporating pyrene: fluorescence mutability, tunability, and aromatic amine sensing
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2019
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路. ...
Facile preparation of self- assembled layered double hydroxide-based composite dye films as new chemical gas sensors
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2019
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路. ...
Magnetic force sensing using a self-assembled nanowire
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2019
... Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...
Bottom-up assembly of large-area nanowire resonator arrays
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2008
... Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...
Optimal ferromagnetically-coated carbon nanotube tips for ultra-high resolution magnetic force microscopy
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2013
... Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...
Large-area ultrathin graphene films by single-step marangoni self-assembly for highly sensitive strain sensing application
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2016
... Zhang等[74]报道了以柔性聚酰亚胺为衬底(图9(a)), 通过逐层自组装的方法制备的基于SnS2/Zn2SnO4杂化膜柔性湿度传感器, 具有响应速度快、重复性好和室温下稳定性好等优点.不同于静电纺丝法[75]和水热法[76]等制备的Zn2SnO4化学传感器(回收率低、室温下灵敏度低), 自组装法制备的传感器能够促进Zn2SnO4作为气敏元件的应用[77].Chang等[78]将常规荧光基团芘和吡啶引入配位驱动的自组装金属环, 由此材料的硅支撑薄膜对气态胺显示出传感特性.He等[79]通过滑石粉和有机染料分子的气液界面自组装成膜, 研究了自组装复合膜在不同气体下的颜色可逆变化和气体响应, 为功能性自组装膜的气体传感器和化学开关提供了新的思路.
Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...

Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...

Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...

Rossi等[80]报道了用于磁力传感器的自组装GaAs纳米线, 与传统方法获得的机械力传感器相比尺寸更小, 灵敏度[81]和分辨率[82]更高.有研究团队采用不同自组装基元制备了多种类型的传感器, 如用于电子皮肤和可穿戴传感器等的石墨烯应力传感器[83](图 9(c)), 荧光有机纳米粒子铁(Ⅲ)传感器[84], 灵活的葡萄糖生物传感器[85](图 9(b)), 以及用于特定氨基酸电化学识别的手性传感装置[86]等. ...

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