因而弱的非键作用力和强的化学键作用都有可能形成具有新的结构与功能的材料与表面。它们是设计与合成新材料与器件的主要手段。而能否利用分子或原子在固体表面或弱或强的不同作用力来设计新材料与器件取决于是否能对这一材料制备过程中所涉及的表面化学以及所合成材料中的界面化学有分子或原子尺度上的认识。人们称发生在通过分子组装或分子在材料表面进行化学反应而形成材料的过程中所涉及的表面与界面化学为纳米尺度的表面化学。虽然各种一维、二维、或三维纳米材料的合成与应用涉及到各种分子与原子尺度的表面化学，但这些过程中所涉及的纳米尺度的表面化学及其对材料合成与性能的影响并没有得到应有的研究与关注。传统的表面分析技术中入射的光束或电子束是在 1～10 μm 或更大的宏观尺寸量级。这就决定了这些分析技术提供的信息是在宏观尺寸上的平均信息。显然传统的表面分析技术不可能提供纳米尺度的表面化学信息。为了在原子或分子尺度研究材料合成与性能中所涉及的表面与界面的结构与化学，纳米尺度的表面分析技术必须被采用。纳米尺度的表面分析技术包括各种能提供原子分辨率的扫描技术如扫描隧道显微技术(STM) 和原子力显微技术(AFM) 。传统表面分析技术的另一特点是它们通常需要在高真空环境下工作。

    然而，一些材料及其表面结构(如水或酸对金属表面的腐蚀)需要在低真空、甚至常压下研究。因而一些新近发展的表面分析技术如高压 X–射线光电子能谱可被 采用。文中将用有机分子在高取向石墨(HOPG)表面通过非键作用力的自组装而形成有机薄膜、有机分子在金薄膜 Au(111)表面通过 Au–S 化学键的生成而形成有机薄膜，以及有机分子在半导体表面的定向化学吸附而形成有机薄膜为例说明研究纳米尺度的表面化学对有机薄膜材料、各种固体表面的修饰与功能化的重要性。通过弱的非键作用力而形成的自组装材料中的纳米尺度表面化学分子自组装研究是有机薄膜生长、面润滑、表面防腐等领域重要的技术基础。下面用有机分子在石墨表面的自组装薄膜生长为例来说明纳米尺度的表面化学对有机薄膜的制备过程与结构的重要性。是一个固体表面分子自组装单层的简单模型。多个分子的平行排列组成一排。相邻的排的平行规整地延伸形成了有机自组装单层薄膜。在自组装薄膜中每一分子至少同时经历了 3 种弱的非键力：同一排相邻分子之间的作用力， 相邻排的相邻分子间的相互作用力，分子和基体的相互作用力。

    对分子的自组装多层薄膜材料而言，分子还与上下相邻两层有机分子相互作用。因而在自组装薄膜中分子的排布与结构取决于这 3 种弱的非键作用力之间的相互竞争与平衡。下面将用 3 个例子阐明纳米尺度的弱的非键作用力对单个分子的构型、分子在有机薄膜中的排布结构、甚至对薄膜性能的影响。 是酯分子在石墨表面形成的自组装薄膜的高分辨 STM 图像。每一个蓝色亮点代表一个氢原子， 显然它是一个原子分辨的图像。值得注意的是 STM 图像表明酯分子自组装后两个烷基排布在一条直线上。图 3 是这一分子自组装后结构扭曲的一个直接证据。同样的变直效应也在其它酯分子自组装薄膜中观察到。

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