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两亲性分子是实现超分子自组装的重要构筑基元。利用两亲性分子间多种相互作用使其自发形成有序聚集结构的过程，是构建新结构、实现新功能和创造新材料的重要手段。两亲性分子在自组装结构变化的同时往往会伴随体系相态的转变，因此对两亲性分子的相态及其转变机制的研究有助于我们认识两亲性分子自组装过程的本质和规律。本论文通过量热学、透射电镜、同步辐射X射线散射和红外光谱（包括二维相关分析和图像分析）等手段研究了若干典型的两亲性分子（主要是脂质分子）在水中的自组装及相变规律，尤其重点研究了在自组装结构变化和相变过程中两亲性分子在亚分子层次（或基团层次）上的变动情况。我们系统探索了一些典型的脂质分子在相变过程（包括“层状–层状”（DLPE、DPPC和DODAB）、“层状–非层状（”SLPC）以及“非层状–非层状（”DSPE-PEG2000）的相变过程）中分子各个区域的调整变动规律（即“区域协同性”问题），首次提出并证实了中等分子量的两亲性分子在发生自组装结构和相态转变过程中存在各个区域调整变动不一致的现象，并重点探究了相变的触发机制。区域协同性问题打开了我们研究两亲性分子相态发生和发展机制的新窗口。在两亲性分子聚集体相行为的研究中，我们还着重分析了两亲性分子的结晶行为：两亲性离子液体C16mimCl在降温过程时的结晶行为具有很强的浓度依赖性，我们分析了伴随体系形貌和相态转变过程的亚分子层次细节。对于阴阳离子表面活性剂复配体系（SDSO3–DTAB和SDSO4–DTAB），我们发现头部化学结构的微小差异极大地影响了两者晶体相的热稳定性和相态结构。通过巧妙设计的H/D交换实验，发现水分子在DLPE分子由亚稳态晶体相转变为稳定态晶体相这个物理过程中起着类似“催化剂”的作用。在DPPC–DODAB二元体系中，观察到在DPPC/DODAB=1/2时，DODAB会在该二元体系中结晶。我们细致分析了DODAB在该二元体系中晶体相的形成和转化机制。DLPE分子在等温结晶过程中其头部、界面区以及尾部的调整变动高度协同一致。Avrami分析表明DLPE结晶过程是一种界面扩散与层间扩散同时控制的行为。DPPC和DODAB这两个单一脂质体系的结晶过程则均出现首尾转变不一致的现象，我们从亚分子层次深入揭示了其结晶过程的成核和生长机制。