材料的性质与其尺寸有着非常重要的关系,小尺寸纳米粒子能够在能源、环境、催化等方面展现更加优异的性质。纳米粒子由于表面原子配位不足、粒径小、比表面积大等使其常具有高的表面活性,因而作为一种热力学不稳定体系,常会发生团聚现象。粒径小、团聚程度低的纳米二氧化钛分散液是制备纳米二氧化钛薄膜的首选材料。为了抑制团聚现象的发生,通常需加入有机添加剂等使其分散或解聚。不使用任何表面添加剂,在低温下制备单分散二氧化钛纳米粒子,可以避免在成膜过程中引入杂质,降低后续处理难度,获得高质量、性能优异的二氧化钛薄膜。另一方面,纳米材料的组装行为,实现了以纳米材料为基本结构单元的组装结构,利用组装技术使纳米材料有序排列组装出精细结构,是当前纳米科技领域的一项研究热点。本论文以合成-组装为基本研究思路,以单分散二氧化钛纳米粒子的制备为基础展开工作,研究了其分散性及成膜性,并针对其一维线状,块体材料及三维球状等组装行为进行了一系列研究,获得了如下结果:1.开发了一种高效制备单分散二氧化钛纳米粒子的方法。首次以环己烷和乙醇作为混合溶剂,在低温回流的条件下制备了单分散二氧化钛纳米粒子。通过对盐酸用量、溶剂配比、溶剂类型、反应时间、酸的种类及钛源等反应条件的研究探索,最终得到了粒径为3.2nm的锐钛矿相二氧化钛纳米粒子和粒径为4.1nm的金红石相二氧化钛纳米粒子所得的锐钛矿相二氧化钛纳米粒子具有很好的分散性,将其分散于水中,不需要任何表面活性剂等添加剂,可获得浓度高达1600g/L的溶胶,是目前已知的浓度最高的二氧化钛水分散体系。较好的分散性主要是由于纳米粒子颗粒较小,粒径尺寸分布均匀,粒子和溶液之间形成了一层双电层结构,粒子之间静电的排斥作用大于范德华力的吸引作用,阻止了粒子的团聚。大量羟基的存在有利于水合物的形成,使粒子的表面形成了一层水膜,并进一步增加了纳米粒子之间的排斥力,使粒子在水中具有很好的分散性。2.使用旋涂法将二氧化钛的水溶胶涂布在石英基底上,获得了不同厚度的二氧化钛薄膜。由于所用二氧化钛纳米粒子的粒径小,分散程度高,所以大大降低了薄膜对光的散射作用。该薄膜在可见光区能够具有高透光性,并且对紫外光有很好的屏蔽作用。另外还具有超亲水性及光催化活性,是一种性能优异的自清洁型材料。3.以单分散的锐钛矿相二氧化钛纳米粒子作为基本结构单元,在不同的条件下能够组装形成一维结构或三维多孔结构。(1)使用三羟甲基氨基甲烷为表面修饰剂调控纳米粒子的连接方向,得到了长度可达几百纳米的二氧化钛一维纳米线。(2)将二氧化钛的乙醇溶胶在室温下缓慢挥发,可以得到由二氧化钛纳米粒子均质聚合组装形成的多孔透明宏观块体,该多孔透明二氧化钛块体在亚微米尺寸下稳定、无裂痕,并具有大的比表面积及微孔结构。(3)将二氧化钛水溶液加热回流,可使二氧化钛纳米粒子组装成为多孔球状二氧化钛,具有微介孔结构。多孔透明二氧化钛块体与多孔球状二氧化钛的孔径均可以根据其热处理的温度进行可控调节。组装后的二氧化钛纳米线和多孔球状二氧化钛具有比二氧化钛纳米粒子更高的光催化性能。另外,多孔透明二氧化钛块体尺寸为1-3厘米,比已报道的产物尺寸大2-5倍,它将纳米材料和宏观尺寸融合起来,实现了材料从纳米尺寸向宏观尺寸的过渡。