纳米材料
纳米材料的概述以及发展状况
纳米材料的概念从广义上来说，纳米材料是指材料在三维中至少有一维尺度是处于纳米范围之内或者由纳米尺度的物质为基本结构单元所构成的材料，这样的尺寸大概相当于10 - 100个原子紧密排列的尺寸。一般分为：薄膜纳米量级多层膜（二维材料）、纳米纤维（一维材料）、纳米颗粒（纳米级），还有包含以上的低维材料形成的固体。从狭义上说，纳米材料包括纳米颗粒和纳米固体组成（材料和微粒膜）。
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分所组成。纳米材料的晶界原子比例很大，例如：尺寸大小为10 nm的晶粒，可以达到6x1025m2的金属纳米晶内界面，晶界原子可达到总原子数的15% - 50%，一般利用X射线衍射、透射电子显微镜和中子衍射等方法可表征其结构。
纳米材料的性能
由于结构的特殊性和热力学上的不稳定性，导致了纳米材料具有许多其他常规材料所不具备的特异效应。
(1) 量子尺寸效应
量子尺寸效应是指当微粒尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者分子轨道能隙变宽的现象。当能级的变化程度达到一定程度时，纳米微粒的电磁特性、光学热学特性、电及超导特性等都会与普通材料有很大的差异。
(2) 小尺寸效应（或体积效应）
当颗粒尺寸小于或等于光学波长的长度、材料的长度和超导状态的相干长度或1个透射深度等尺寸的晶体周期性边界条件将被破坏；在非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减少，导致纳米颗粒的声、光、电、磁、热、力学等特性等与普通粒子相比都有很大变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应。
(3) 表面与界面效应
由于纳米颗粒的粒径很小，其表面原子的比例很高，且比表面积非常大，因此纳米粒子的表面可以大大增加。随着纳米粒子尺寸减小，表面原子比例大大增加，裸露在表面的原子出现了许多活性中心，而使纳米微粒表面具有很高的反应活性，极易吸附其他原子或与其他原子发生反应。
(4) 宏观量子隧道效应
微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。
(5) 介电限域效应
不断缩小纳米微粒的尺寸，会使纳米微粒比表面积不断增加，表面活性的大大增加将导致微粒各种性质发生明显的改变。当纳米介电常数与介质的介电常数相差到一定程度，纳米材料会具有明显介电限域效应。
