納米結構材料是指由納米基本單元構成的納米結構組成的納米材料。納米結構材料包括了納米結構自組裝和分子自組裝體系。
一、納米結構自組裝和分子自組裝體系
納米結構的自組裝體系是指通過弱的和較小方向性的非共價鍵，如氫鍵、范德瓦爾斯鍵和弱的離子鍵協同作用把原子、離子或分子連接在一起，構筑成一個納米結構或納米結構的花樣。自組裝過程的關鍵不是大量原子、離子、分子之間弱作用力的簡單疊加，而是一種整體的、復雜的協同作用。納米結構的自組裝體系的形成有兩個重要的條件，一是有足夠數量的非共價鍵或氫鍵存在，這是因為氫鍵和范德瓦爾斯力等非共價鍵(2～4kJ／m01)很弱，只有足夠量的弱鍵存在，才能通過協同作用構筑成穩定的納米結構體系二是自組裝體系能量較低，否則很難形成穩定的自組裝體系。分子自組裝指分子與分子在平衡條件下，依賴分子問非共價鍵力自發地結合成穩定的分子聚集體的過程。營造分子自組裝體系主要劃分成3個層次：第一，通過有序的共價鍵，首先結合成結構復雜的、完整的中間分子體；第二，由中間分子體通過弱的氫鍵、范德瓦爾斯力及其他非共價鍵的協同作用，形成結構穩定的大的分子聚集體，第三，由一個或幾個分子聚集體作為結構單元，多次重復自強裝，排成納米結構體系。
二、納米結構材料類型
納米結構材料在使用中主要有以下幾種，下面分別加以介紹。
1．分子自組裝膜
分子自組裝膜是在材料表面通過分子自組裝技術得到的超薄分子膜，它也是分子器件和納米器件的基本元件，所有的納米有序結構和納米器件都是使用分子自組裝技術完成的，例如，合成具有特殊功能，像氣敏、光學、電學等材料的超薄表面都采用分子自組裝膜，一些材料的表面修飾也通過在材料表面沉積一層分子自組裝膜來實現。如圖1。
圖1分子自組裝膜
2．LB膜
表面活性劑放于水的表面上時，在空氣與水的界面上具有形成一個分子厚度的薄膜的能力。
1917年，美國科學家Langmir發表了一篇論文，其中系統研究了氣-液界面膜(Langmuir膜)，測定比較了眾多化合物的分子面積和膜厚，證實了該界面膜的厚度相當于一個分子的長度。20世紀30年代，他的學生B1odget女士首次將長鏈羧酸單層膜轉移到固態基片上形成了多層膜——LB膜，實現了分子的超薄有序組裝。
事實上，LB膜技術就是先將雙親分子在水面上形成有序的緊密單分子層膜，再利用端基的水親水和油親油作用將單層分子膜轉移到固體基片上，由于基片與分子之間的吸附作用，單分子層就沉積在基片上，如果固體基片反復地進出水面就可形成多層膜(可多達500層)，形成LB膜，如圖2所示。
圖2LB膜結構示意
LB膜是最典型的分子組裝，表面活性劑分子的定向排列和其分子本身具有的特定結構可以按人理想的模式設計分子結構，然后按設計結構進行分子組裝，以得到理想結構和性能的膜材料。
3．納米多孔材料及其組裝材料
納米多孔材料是材料納米結構有規則排列的孔材料，其孔徑在納米尺寸范圍，納米多孔材料也叫介孔材料。
介孔固體的概念是l992年在葡萄牙里斯本會議上首次正式提出的，根據孔的分布可分為有序介孔固體和無序介孔固體。對納米多孔材料的定義以前只涉及孔尺寸大小，并且也不統一，有人認為孔徑在2～50nm的多孔固體為介孔固體，也有人認為2～10nm的多孔固體為介孔固體。隨著人們對介孔材料的研究和深入，漸漸認識到作為一種獨立的固體材料，介孔固體應在性能上顯著不同于微孔固體和無孔的體相材料。而只含少數介孔的固體，其性能與體相材料沒有多大差別，不能稱其為介孔固體。因此，介孔固體不但與孔尺寸有關，而且還與孔驤率有關，在一定的孔徑下，只有當孔隙率足夠大時才可能具有特殊性能，這樣的材料稱之為介孔材料。根據以上觀點，不僅平均孔徑尺寸是表征介孔材料的參數，孔隙率也是評價介孔固體的重要參數，同樣，介孔固體的孔徑分布也是評價介孔固體的一個參數。
4．合成DNA
圖3DNA片段
在生物合成中，聚合酶鏈反應(PCR)技術一直是一個重要的生物合成手段，這項技術對于病理研究、基因測序、藥物治療等都有著非凡的意義，被廣泛應用于醫學、藥學、生物等許多領域。PCR技術原理為以一段DNA(如圖3所示)為模板(引物)，這段DNA是按特定可識別結構組成的脫氧核糖核酸，具有特異性，因此，通過鏈合成反應可得到與模板一致的DNA長鏈。在此，用做模板的DNA也是由磷酸脂構成的表面活性劑，其分子特異識別形成了結構模板反應。
5．分子導線
分子導線是對具有電荷轉移能力的特殊結構分子的統一稱呼，分子導線作為一種電子器件是分子元件與外部聯系的橋梁，是實現分子電子器件的關鍵元件(如圖4所示)。
圖4分子導線示意
6．無機／有機自組裝
無機／有機自組裝材料主要是無機納米顆粒與有機聚合物之間的復合，這種結構材料一般采用溶膠-凝膠法或原位聚合法合成得到，例如，以SiO2為無機相，丙烯酸酯為有機相的結構組裝，采用凝膠-溶膠法和原位聚合法都可以得到分散均勻的納米結構材料。
