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自组装

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自組裝

自组装（英语：Self-assembly，或译自我组装）是用来形容一无序系统在没有外部的干预下，由个别部件间之互动（如吸引和排斥，或自发生成化学键），而组成一个有组织的结构之过程。近年自组装特别吸引注意，因它提供自下而上（bottom-up）、可控制的方法组装原子或分子成较大的结构（像奈米结构、微型机器等）。当组成成分是分子时，该过程称为"分子自组装（英语：Molecular self-assembly）"。

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(a) 脂质、(b) 蛋白质 和 (c) SDS-环糊精复合物的自组装。 SDS是一种界面活性剂，具有烃尾（黄色）和 SO4 头（蓝色和红色），而环糊精是糖类环（绿色 C 和红色 O 原子）。
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氧化铁奈米粒子的透射电子显微镜影像。虚线边界内规则排列的点是铁原子柱。左插图是对应的电子衍射图。比例尺：10 nm。[1]
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Iron oxide nanoparticles can be dispersed in an organic solvent (toluene). Upon its evaporation, they may self-assemble (left and right panels) into micron-sized mesocrystals (center) or multilayers (right). Each dot in the left image is a traditional "atomic" crystal shown in the image above. Scale bars: 100 nm (left), 25 μm (center), 50 nm (right).[1]
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STM image of self-assembled Br4-pyrene molecules on Au(111) surface (top) and its model (bottom; pink spheres are Br atoms).[2]

自组装可分为静态自组装和动态自组装。在静态自组装中，当系统接近平衡时，有序状态就会形成，从而减少其自由能。然而，在动态自组装中，由特定局部相互作用组织的预先存在的组件的模式通常不会被相关学科的科学家描述为“自组装”。这些结构最好被描述为“自我组织”，尽管这些术语经常互换使用。

自组装至少有三个特征使其成为一个独特的概念

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有机半导体喹吖啶酮的超分子链在石墨上自行组装的扫描隧道显微镜影像。
  • 有序性：首先，自组装的结构必须比单独的组成部分有序性更高，无论是形状还是自组装实体进行的任何行为。这一点与化学反应不同，在化学反应中，通常是朝着无序性状态转变的。
  • 相互作用：第二个特征就是像凡德瓦力（Van der Waals）,毛细现象 （capillary action）, π-π相互作用（英语：Pi interaction）, 氢键（Hydrogen bond）这些弱相互作用，相对于传统的共价键，离子键，金属键在合成反应中起着重要的作用。它们决定了液体的物理性质，固体的可溶性，及生物膜的分子组装。
  • 组成结构：第三个特点是构建的基本单元不只包括原子、分子，还包括拥有不同化学构成、结构、功能的纳米级、微米级的结构。这些结构可以是通过传统化学反应形成，也可以是通过别的自组装而构成的。

参见

参考资料

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