编者按

在过去的20年间, 微米和纳米尺度上表面结构的微加工或图案化及其相关性质的研究逐步成为热点问题. 许多现代技术发展的机会都来源于新型微观结构的成功构造或现有结构的小型化. 在集成电路、信息存储器件、微机电系统、小型传感器、微液流器件、生物器件和微型光学元件等领域中, 更快响应速度、更廉价成本、更低能耗和更优性能的实现就是得益于迅速发展起来的微加工或图案化技术. 与此同时, 微加工技术的持续发展也为微观和介观范围内所发生的物理、化学和生物现象的研究提供了契机. 在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中, 构筑方法对于实现结构的最终应用是最为重要的前提条件. 而随着对有序结构材料的性能及图案化尺寸、精度等要求的提高, 在前人工作的基础上, 人们不断加以改进和拓展, 研发了一系列新的方法. “聚合物有序微结构组装”专题以评述的形式对近年来与此相关的新技术和新成果予以简要介绍.     

封面说明

在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中,构筑方法是实现结构最终应用的重要前提条件.随着研究对有序结构材料性能及图案化尺寸、精度等要求的提高,人们不断改进,研发了一系列新的方法.纳、微尺度的微相分离、去润湿及水蒸气液滴模板等技术,溶剂辅助微成型技术,超临界流体技术,以及     

基于自组装胶体晶体构筑有序微结构

有关胶体晶体自组装以及以胶体晶体为模板制备有序图案化微结构方面的研究, 由于方法简便、结构多样、重复性好等优点, 近年来受到越来越多的关注. 本文系统总结了我们在胶体微球和胶体晶体领域开展的研究工作, 主要包括: 无机或聚合物胶体微球的设计制备、纳米复合及功能化; 结合聚合物材料可溶涨、可拉伸、热形变等特性构筑图案化胶体晶体、非球形对称胶体晶体、非紧密堆积胶体晶体等特殊结构; 以胶体晶体为模板制备三维大孔骨架、纳米环、纳米碗阵列等有序微结构等.     

沸石分子筛的表面定向生长与组装

沸石分子筛阵列或薄膜在膜分离、膜催化、化学传感器与微电子器件等领域有广泛的应用前景. 原位水热合成和载体表面的晶粒自组装是制备沸石分子筛阵列和薄膜的两种主要方法, 近年来受到国内外科技工作者的普遍关注, 取得了很多突破性进展. 对于原位水热合成法, 可以通过载体表面的改性或合成条件的调控来实现沸石分子筛晶体在载体表面的定向成核、生长, 最终获得单一取向的多晶沸石分子筛阵列或薄膜. 对于载体表面的晶粒自组装过程, 可以通过不同的结合方式将沸石分子筛晶粒组装到载体表面, 实现膜层微结构的调控, 制备出结构有序的沸石分子筛阵列或薄膜. 对近年来国内外在沸石分子筛晶体表面定向生长和组装方面取得的重要结果进行总结与评述, 内容涉及: (1) 在原位水热条件下通过载体表面植入功能基团、改变载体表面微结构以及调变合成液组成等措施, 获得高度取向的沸石分子筛阵列或薄膜; (2) 利用共价键、离子键和分子间键作用在载体表面组装沸石分子筛晶粒, 制备高度覆盖、结构有序的晶体阵列或薄膜; (3) 表面组装与微接触印刷、光刻技术结合制备图案化的沸石分子筛阵列或薄膜. 最后介绍了分子筛阵列和薄膜的一些功能和应用, 并对沸石分子筛表面定向合成与组装研究需要进一步关注的若干问题进行了展望.     

高分子微/纳米图案化

高分子微/纳米图案在纳米科学和技术中具有特殊的意义. 单个大分子本身就是纳米微粒, 又有多层次的结构和构型、可调控的结构单元和链长、共聚和共混等, 这些都可导致内容丰富的微/纳米图案; 聚合物特有的物理性能不仅可使多种现成的微制造技术更易实现, 也可用来开发新的图案化技术.     

《大分子自组装》

大分子自组装属超分子化学和高分子科学的交叉学科，是当今化学和材料科学发展的前沿，也是孕育先进材料的摇篮．它的主要研究内容是高分子之间，或高分子．小分子间，或高分子．纳米粒子间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实现不同尺度上的规则结构．近年来，我国科学家在此领域取得了重要的研究进展．本书总结了国内外相关研究的实验和理论两方面的重要成果，特别着重于我国科学家的富有特色的新成就，包括嵌段共聚物在本体和溶液中的自组装，此类自组装体的化学演化，高分子自组装的“非嵌段共聚物”路线，自组装结构的固定化，以及含有纳米粒子、表面活性剂等体系的自组装等内容．     

全息高分子纳米复合材料研究进展

全息高分子纳米复合材料(holographic polymer nanocomposites, HPNC)是基于相干激光聚合诱导相分离原理制备的具有周期性有序结构的高分子纳米复合材料,属于多维度、跨尺度的新概念信息材料.不仅通过微米/亚微米尺度的周期性有序相分离结构存储光波的振幅、相位等全部信息,还通过引入的纳米粒子、液晶、发光分子等存储其他信息,具有信息存储容量大、光调制能力强的特点.在高端防伪、裸眼三维显示、增强现实、高密度数据存储、全息传感等高新技术领域具有重要应用价值.本文重点概述HPNC的高性能化与多功能化研究进展,并展望了HPNC的发展方向.     

表面图案化CuS-P(NIPAM-co-AA)复合微球的制备和表征

采用反相悬浮聚合法合成了丙烯酸(AA)含量不同的N-异丙基丙稀酰胺-丙烯酸共聚物 P(NIPAM-co-AA) 微凝胶, 并以其作为微反应器, 通过外源沉积法制备了一系列微米级、表面具有图案化结构的CuS-P(NIPAM-co-AA)有机-无机复合微球. 复合微球的表面结构与微凝胶的组成和无机物的沉积量有关. 可以预期: 微凝胶的固有优点(大小、组成、电荷性质、电荷密度以及交联程度等可通过改变单体种类和反应条件控制)使微凝胶模板法在表面图案化微球材料制备中有可能获得广泛应用.     

胶体晶体制备与应用研究进展

不同于由分子、原子或离子所形成的晶体,胶体晶体是由单分散的微米或亚微米胶体颗粒组装形成的二维或三维有序阵列结构.与通常晶体相比,胶体晶体中占据每一个晶格点的是单分散的胶体粒子.由于具有特殊的周期性晶格结构和光学、模板等性能使其在制备三维有序大孔材料、光子晶体和传感器等领域有着重要的应用价值,受到科学界和工业界的广泛重视.本文综述了近几年来在胶体晶体制备和应用领域研究的最新进展,包括单分散胶体颗粒的制备及功能化、不同类型胶体晶体的自组装制备和图案化、以及胶体晶体在构筑晶体结构模型、二维有序微结构、三维有序大孔材料、光子晶体、传感器和仿生材料等领域的应用,并对其未来研究发展的方向进行了展望.     

硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积

采用水热腐蚀技术制备了硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array, Si-NPA), 并以此为衬底通过浸渍沉积制备出一种具有规则表面结构的铜/Si-NPA纳米复合薄膜(Cu/Si-NPA). 形貌和结构分析表明, Si-NPA是一个典型的硅微米/纳米结构复合体系, 它具有三个分明的结构层次, 即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔洞以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒. 研究发现, Cu/Si-NPA在形貌上保持了Si-NPA的柱状阵列特征, 薄膜中铜纳米颗粒的致密度随样品表面微区几何特征在柱顶区域和柱间低谷区域的不同而交替变化, 并形成一种准周期性结构. 上述实验现象被认为来源于铜原子的沉积速度对Si-NPA表面微区几何特征的选择性. Si-NPA可以成为合成具有某些特殊图案、结构和功能的金属/硅纳米复合体系的理想模板.     

面向靶向医疗的微纳米机器人

微纳米机器人指的是尺度在微纳米级别(几纳米至几百微米)的微型机器人，其能够将磁能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动，具备能完成更高效、更精确局部诊断和靶向治疗的潜在功能，在生物医学领域有广阔的应用前景。文章详细介绍了微纳米机器人的制备方法，阐述了相关驱动手段，总结了其在靶向医疗应用方面的研究进展，并讨论了其在活体应用时面临的挑战以及未来的发展方向。     

有限容积法与格子Boltzmann方法耦合模拟传热流动问题

自然界和工程领域中的许多物理现象的发生通常涵盖几个数量级的几何空间及时间范围, 我们将其统称为多尺度物理现象. 在模拟多尺度问题时, 如果仅采用宏观方法, 则会存在一些不足, 如无法预知微小部分的细节以及引入复杂的经验关联式; 如果仅采用介观/微观方法, 则需要消耗大量的计算资源. 构造宏观-介观、宏观-微观、宏观-介观-微观等多种层次上方法的耦合体系, 可以在很大程度上克服这些不足. 构造了宏观有限容积法(FVM)与介观格子Boltzmann方法(LBM)的耦合模型(CFVLBM), 给出了由宏观物理量重构密度分布函数和温度分布函数的两个重构算子, 解决了LBM与宏观方法耦合的关键难题. 选取二维、三维典型传热流动问题对耦合模型进行了考核, 计算结果同基准解符合得很好. 最后将CFVLBM应用于计算多孔介质内的复杂流动问题. 研究表明, 基于文中重构算子的CFVLBM可以准确有效地应用于模拟传热流动问题.     

论对外贸易中的低价倾销行为

文章通过分析低价倾销的具体表现和具体危害，得出低价倾销的原因。笔者认为，低价倾销的原因分为企业自身和政府调控两方面。因此，解决这一问题也要从政府加强宏观调控和微观管理，企业加强自律两方面进行解决。只有这样对外贸易中的低价倾销行为才能得到有效的解决。     

微重力下的两相流动和传热及其研究方法

本文对微重力下的两相流动中的几个基本问题、两相流动的主要流型进行了一定的综述，并对微重力下的气液两相流动传热规律的研究方法进行了小结。     

冷冻电镜：四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺贝尔化学奖简介

电子显微镜强大的分辨能力能帮助人类展示微观世界的细节，在生命科学领域有着广泛的用途。但是，由于生物样品无法承受电子束的辐照损伤，电镜技术一直很难在生物样品上获得高分辨率信息。冷冻电镜技术的诞生以及近几年的分辨率革命开启了一个利用电镜技术解析生物分子结构的新纪元，该技术的几位先驱科学家也因此获得了2017年的诺贝尔化学奖。本文简要回顾了电镜三维重构技术和冷冻技术的历史和发展现状，并对未来作出展望。     

微表处在沥青路面养护中的应用

微表处是由聚合物改性乳化沥青、集料、填料、外掺剂和水按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料。它是从国外引进的一项对沥青路面进行预防性养护技术,结合沥青路面的维修工程,进行了微表处的配合比设计和施工。长期使用结果表明,微表处具有良好的抗滑、防水和较长的使用寿命,能满足路面养护的需要。     

基于AFM纳米机械刻划加工纳米结构及应用

原子力显微镜(AFM)是具有纳米级精度的检测设备，同时可应用于纳米结构的加工。AFM纳米加工已经成为微纳结构加工的有效方法之一，可广泛地应用于机械、物理、化学和生物医学等领域。文章首先简要介绍传统微纳加工方法，并对基于AFM的纳米机械加工方法进行详细介绍并分析了其相对优势；然后介绍了AFM加工得到的纳米沟槽和纳米点阵等结构在纳流控及拉曼检测等领域的应用，并对其未来的发展方向进行展望。综述展示了AFM纳米机械加工的应用潜力，为相关领域的研究提供了一种简单、可行的纳米加工方法。     

基于MSP430单片机的无线温度控制系统

文章描述基于MSP430单片机无线温度控制系统的软、硬件设计，采用分布式控制方式，提高了控制精度，降低了控制成本，并且可以实时地远程操作。通过调试证明系统运行正常，各项指标达到设计要求。     

划蝽后翅翅面的超疏水性

以生活在水中的昆虫划蝽为研究对象,发现在划蝽的腹部、背部及后翅面存在疏水、超疏水性,水滴在其后翅面的接触角达到159°,滚动角约为8°.结果显示,其腹部、背部及后翅面微纳米级阶层结构的存在是其形成疏水、超疏水性的关键因素,疏水、超疏水性能使其能在水中自由升降、正常呼吸或者当环境不利时飞离水面.用Cassie理论对其超疏水性机理进行了探讨与分析.     

有机硅改性丙烯酸酯涂层的微/纳凸柱状织构化及其防污性能

经过"硅片模板-PDMS模板-目标涂层"的制备过程,实现了具有规则微/纳凸柱状织构表面的有机硅改性丙烯酸酯涂层的制备.利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角仪系统表征了所制备涂层的物理化学性能,并以绿藻门的丝藻和硅藻门的舟形藻作为研究对象,考察了涂层的防污性能.研究结果表明,织构化涂层表面的接触角随微/纳凸柱状织构的表面覆盖率增加而增加,而丝藻和舟形藻的附着量随着微/纳凸柱状织构化表面覆盖率的增加而减小.当微/纳凸柱状织构表面覆盖率为21%时,相对于无织构化涂层,丝藻的附着量降低了82%,舟形藻的附着量降低了73%.通过对比两种藻类与微/纳凸柱之间距离的大小并结合织构化涂层的润湿行为,分析了织构化涂层有效防除丝藻和舟形藻附着的原因和机理.