自组装

自组装是一个过程，在这个过程中，预先存在的成分的无序系统形成一个有组织的结构或模式，这是成分本身之间特定的、局部的相互作用的结果，没有外部的指导。当构成成分是分子时，这个过程被称为分子自组装。

自组装可以分为静态和动态两种。在静态自组装中，有序状态随着系统接近平衡而形成，减少了自由能。然而，在动态自组装中，由特定的局部相互作用组织起来的预先存在的成分模式，通常不被相关学科的科学家描述为自组装。

自组装在经典意义上可以定义为分子单元通过非共价相互作用自发和可逆地组织成有序结构。这个定义所表明的自组装系统的第 一个特性是自组装过程的自发性：负责形成自组装系统的相互作用在严格的局部水平上起作用--换句话说，纳米结构是自己建立的。

尽管自组装通常发生在弱相互作用的物种之间，但这种组织可能被转移到强结合的共价系统中。这方面的一个例子可以在聚氧乙烯酯的自组装中观察到。有证据表明，这类分子是通过密相类型的机制进行组装的，即小的氧金属离子首先在溶液中非共价地组装，然后进行缩合反应，共价地结合组装的单元。

这一过程可以通过引入模板剂来控制所形成的物种而得到帮助。通过这样的方式，可以以特定的方式形成高度组织化的共价分子。

自组装纳米结构是在某种物理原理指导下，作为单个纳米尺度物体的排序和聚集的结果出现的物体。

一个可以驱动自组装的物理原理的特别反直觉的例子是熵最大化。尽管熵通常与无序相关，但在适当的条件下，熵可以驱动纳米级物体以可控的方式自组装成目标结构。

另一类重要的自组装是场引导的组装。这方面的一个例子是静电捕集现象。在这种情况下，电场被施加在两个金属纳米电极之间。存在于环境中的粒子被施加的电场所极化。由于与电场梯度的偶极相互作用，粒子被吸引到电极之间的间隙。这种类型的方法涉及不同类型的场，例如，使用磁场，使用毛细管相互作用的粒子被困在界面上，弹性相互作用的粒子悬浮在液晶中，也已被报道。

无论驱动自组装的机制是什么，人们采取自组装的方法来进行材料合成，以避免必须一次建造一个构件的材料的问题。避免一次完成的方法很重要，因为对于具有宏观尺寸的结构来说，将构件放入目标结构所需的时间是非常困难的。

一旦宏观尺寸的材料可以自我组装，这些材料可以在许多应用中找到用途。例如，纳米结构，如纳米真空隙，可用于储存能量和核能转换。自组装的可调控材料是电池和有机光伏电池中大表面积电极以及微流体传感器和过滤器的有希望的候选材料。

在这一点上，人们可能会认为，任何驱动原子和分子组装成较大结构的化学反应，如沉淀，都可能属于自组装的范畴。然而，至少有三个明显的特征使自组装成为一个独特的概念。

首先，自组装的结构必须比孤立的成分有更高的顺序，无论是形状还是自组装实体可能执行的特定任务。

这在化学反应中通常不是真的，在化学反应中，有序状态可能走向无序状态，这取决于热力学参数。

自组装的第二个重要方面是弱相互作用的主导作用（如范德瓦尔斯、毛细管、π - π {\displaystyle pi -pi }，氢键或熵值。与更传统的共价键、离子键或金属键相比，氢键或熵力）。这些弱相互作用在材料合成中很重要，原因有二。

首先，弱相互作用在材料中占有重要地位，特别是在生物材料中。