自组装为什么这么火？这可能与2005年Science的一个专辑不无关系

自组装(self-assembly)得到了前所未有的关注，似乎无所不在；自组装被赋予了出乎意料的威力，似乎在多个学科领域无所不能。请看，分子可以通过自组装形成，材料可以通过自组装制备，表面改性可以通过自组装实现，细胞可以有望通过自组装获得，甚至期待生命体可以通过自组装产生，等等。为何如此？

探其原因，可能与2005年美国《科学》（SCIENCE）杂志的一个专辑不无关系。

2005年7月，美国《科学》杂志在庆祝创刊125周年之际，发布了当今世界最具挑战性的125个科学问题。 其中的25个科学问题又被列为重大科学问题 (The top 25)，25个重大科学问题的其中之一是“我们能推动化学自组装走多远？”(How far can we push chemical self-assembly?)。纵览化学发展历史，在过去的100多年里，化学家们利用形成或打断共价键的方法，成功合成了多种结构丰富、性质多样的化合物。从尺寸和体积上看，不仅有各种各样的有机小分子，还有由1000多个原子组成的化合物。这些结构和性质多样的新物质为五彩缤纷的客观世界增添了新的光彩，为化学创造美好生活做出了重要贡献。在利用共价键的同时，在过去的几十年里，化学家们还致力于学习和利用非共价键，利用弱相互作用，以此构筑新的复杂结构，创造新物质，这些具有非共价键的弱相互作用通常包括氢键，范德华 (Van der Waals)力，π-π相互作用，偶极作用，静电作用，亲疏水作用等。科学家们利用具有不同弱相互作用的原子/分子或原子/分子集团，纳米尺度聚集体、纳米材料等“装配”组合，可以构筑得到具有复杂的或多级的结构集合体。这些材料或集合体具有不同性质，具有潜在的功能。这就是化学自组装(chemical self-assembly)所包含的基本内容。

通常所述的自组装，应属于化学自组装的范畴。从此意义上讲，尽管自组装并不是万能的，但确实有其不可替代的作用。通过利用自组装技术，研究自组装结构和其性质，可以为创造新物质提供一种新的技术途径和方法，可以获得更多的具有特定功能的组装体系。因此，对化学自组装的深入研究被提到了科学研究的重要议事日程之上，得到科学家们的高度重视。

化学自组装或创造新物质的自组装可以发生在不同环境之中，例如溶液中或固体表面。以固体表面分子组装为例，存在于溶液中的各种分子或分子聚集体通过吸附可以停留在固体表面，这些分子或分子聚集体会在表面发生自组装，它们根据分子间相互作用和分子与基底间相互作用的不同会在表面进行结构调整，最终形成稳定的、有层次的、具有特定结构的组装体系。通过改变外界条件还可以影响分子组装，可以在一定程度上所产生的结构进行调控获得新的结构。众所周知，固体表面改性的一个重要途径是进行表面修饰。表面自组装结构的形成将对固体表面性质产生影响，例如改变其浸润性，耐蚀性，光学和电学性质等。同时利用组装形成的表面结构，可以实现表面图案化，对电子、信息等领域具有重要的科学和应用意义。

存在于溶液中的各种分子或分子聚集体根据分子间相互作用和分子与基底间相互作用的不同，会吸附在固体表面，并在表面进行结构调整，最终形成稳定的、有层次的、具有特定结构的组装体系

固体表面是分子吸附的载体，分子与基底间的相互作用对分子吸附和组装，结构形成有直接影响。同时，许多重要的化学反应或性能变化都是从材料的表面界面处开始的。例如，工业生产中常见的多相催化在很大程度上取决于催化剂的表面结构及因之决定的化学吸附。电解、电镀、电池、电催化等都与固/液界面的电荷转移及电化学反应密不可分。电子科技中的表面处理，纳米科技中的检测表征和器件构筑等众多研究领域也与固体表面的结构及性质密切相关。研究包含表面结构、电荷传递、物质迁移、化学反应及热力学/动力学过程等诸多内涵的分子组装和固体表面科学，对包括化学、材料、信息、生命科学在内的多学科研究具有重要价值。

发生在金属和半导体表面的典型重构现象

(a) Au(111)-( 22×√3)重构模型示意图, (b) Au(111)-( 22×√3)重构的STM图像 (扫描范围：40 nm × 40 nm)

Si(111)-(7×7)重构表面在超高真空中的STM图像。(a)和(b)分别获于偏压-1.5 V和+1.5 V

（A）Si(111)-(7×7)表面重构的二聚体-吸附原子-堆积层错模型俯视图，用从小到大的球来表示硅原子离表面的远近；（B）是对应(A) 的侧视图

本期联合推荐万立骏著的《固体表面分子组装》。万立骏先生于2005年出版了《电化学扫描隧道显微术及其应用》（2011年再版）一书。多年来，致力于将电化学STM技术拓展到多领域的研究，技术上也发展成为化学环境下的STM技术，包括大气、水溶液、有机溶液、气氛可控等。利用该技术有选择的系统研究了多个系列的分子表面组装，现今结集出版的《固体表面分子组装》是对相关工作的归纳总结。

材料人与科学出版社推出联合荐书专题，持续向读者推荐经典材料专著，通过对书籍精选内容的剖析抛砖引玉，如果您有优质书籍推荐，请联系tougao@cailiaoren.com，您可以通过扫描下方二维码直接购买此书。

本文整理自科学出版社微信公众号，由材料人网读书小组小枚女编辑整理，材料人专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。

材料测试，数据分析，上测试谷！

材料人网尊重所有进行知识传播的媒体，转载请联系tougao@cailiaoren.com。