纳米材料和纳米结构
纳米材料
绪论1、纳米科技的提出：源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。
Richard Feynman：世界上首位提出纳米科技构想的科学家。
2、纳米材料（1）纳米材料的定义：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料（也是以维数划分纳米材料的原因）（2）纳米尺度：1-100 nm范围的几何尺；纳米的单位:1 nm = 10^-9 m，即千分之一微米(μm)。
（3）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等（4）纳米材料的维度：○1零维：纳米团簇、纳米颗粒、量子点（三维尺度均为纳米级，没有明显的取向性，近等轴状）○2一维：纳米线、纳米棒、纳米管（单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限，、直径大于100 nm，具有纳米结构）○3二维：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜（一维尺度为纳米级，面状分布，，厚度大于100 nm，具有纳米结构）○4三维：纳米花、四脚针等（包含纳米结构单元，三维尺寸均超过纳米尺度，由不同型低维纳米结构单元复合形成）（5）纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料3、久保理论：即金属的超微粒子将出现量子限域效应，显示出与块体金属显著不同的性能；金属纳米粒子，量子限域效应。
4、扫描隧道电子显微镜(STM)：将探针靠近导电材料表面进行扫描，获得表面图像。
分辨率达0.1~0.2 nm，可以直接观察和移动原子。
5、原子力显微镜(AFM)：利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。
可用于研究半导体、导体和绝缘体。
AFM三大特点：原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。
6、纳米科技的研究内容：纳米科学、纳米技术与纳米工程分支学科：纳米力学：研究物体在纳米尺度的力学性质纳米物理学：研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征纳米化学：研究纳米尺度范围的化学过程及反应纳米生物学：利用纳米的手段解决生物学问题，在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制；纳米医学：利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科纳米材料学：包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。
绪论-1(1)
4. J. nanosci. nanotech. 2001(美国科学出版社）(If 2.0)
5. Nanoletters
2001 (美国化学会）(10.37)
6. International Journal of Nanoscience, 2002
7. Small
2005（德国Wiley) (6.5)
但日前通常把亚微米 (0.1~1 微米 ) 体系有关 现象的研究称为介观领域。 这样就把纳米体系和团簇从这种狭义的介观 范围独立出来，从而形成纳米体系。 (0.1 （（1）~100nm)
朝永振一郎 施温格
费因曼
1965年诺贝尔物理学奖
1959年，著名的物理学家诺贝尔奖获得者 费曼预言：毫无疑问，当我们得以对细微 尺度的事物加以操作的话，将大大扩充我 们所得到的物性范围。
迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取得的， 为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、 木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。
绪
论 — 什么是材料？
材料与物质 (Materials and Matter) 材料可由一种或多种物质组成。 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以 得到用途各异、类型不同的材料。
纳米材料与纳米结构
焦 桓
（致知楼1352 jiaohuan@）
化学化工学院
绪
论 — 什么是材料？
Definition:
材料是指具有满足指定工作条件下使用要求 的形态和物理性状的物质。(any solid-state component or device that may be used to address a current or future societal need) 原料中取得生产物质的原料。 材料是制成成品的东西。
dna纳米结构结合纳米材料
dna纳米结构结合纳米材料
DNA纳米结构可以通过特定的设计和组装，与纳米材料相结合，从而创造出具有特定功能的新型复合材料。
这种结合可以带来许多潜在的应用，例如在生物医学领域用于药物输送、基因治疗和诊断，或者在纳米电子学领域用于制造更小、更高效的电子设备。
在构建DNA纳米结构时，科学家们利用了DNA的自我组装性质，通过设计特定的DNA序列，使其在分子尺度上自组装成具有预定结构和形态的纳米结构。
这种技术使得我们能够精确地控制纳米材料的形状和大小，从而实现对其性能的精细调控。
当DNA纳米结构与纳米材料相结合时，可以进一步增强这些材料的性能，或者赋予它们新的功能。
例如，通过将DNA纳米结构与金属纳米颗粒相结合，可以增强这些颗粒的生物相容性和稳定性，使其在生物医学应用中更加安全和有效。
同时，这种结合也可以提高这些材料的反应活性，使其在化学和生物传感等领域中具有更好的性能。
总的来说，DNA纳米结构与纳米材料的结合是一种非常有前途的技术，它能够创造出具有独特性质和功能的新型复合材料，为未来的科技发展带来新的机遇和挑战。
纳米材料和纳米结构
纳米材料和纳米结构1.纳米材料的概念：纳米材料是指至少在一维尺寸（长度、宽度或厚度）上具有纳米级尺寸的材料。
一般而言，纳米材料的尺寸在1到100纳米之间。
由于其尺寸处于纳米级别，纳米材料的物理、化学和生物学性质通常与宏观材料有显著的差异，具有更高的比表面积、改变了能带结构以及大量的界面等特殊性质。
2.纳米结构的概念：纳米结构是指由多个纳米尺寸的单元组成的结构。
一般而言，纳米结构的尺寸在1到100纳米之间。
与纳米材料相比，纳米结构更注重材料的组织和排列方式。
通过控制纳米材料的组织结构，可以调控纳米材料的性质和功能。
3.纳米材料的制备方法：纳米材料的制备方法非常多样，常见的方法有物理方法、化学方法和生物方法等。
物理方法包括溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法和机械法等。
这些方法主要是通过物理手段控制材料原子或分子的排列方式，从而获得纳米级尺寸的材料。
化学方法包括溶剂热法、水热法、水热合成法和溶胶-凝胶法等。
这些方法主要是通过化学反应调控材料的成核和生长过程，从而制备出具有纳米级尺寸的材料。
生物方法包括生物合成法和生物模板法等。
这些方法利用生物体或其产物作为模板，通过生物体内的生物酶或有机物质参与反应，可以制备出纳米级尺寸的材料。
4.纳米材料的性质：纳米材料由于其尺寸与宏观材料相比的差异，具备许多独特的性质。
首先，由于纳米材料的比表面积很大，表面原子和分子数目较多，使得纳米材料具有更高的催化活性，可以应用于催化剂和催化反应加速剂等领域。
其次，纳米材料的能带结构由于量子效应的影响而发生改变，出现了与宏观材料不同的能带分布和能带宽度，导致纳米材料的光学、电学和磁学性质产生变化。
这一特性使得纳米材料在光催化、光电子器件和磁性材料等领域有着广泛的应用。
另外，纳米材料中存在着大量的界面，这些界面可以提高材料的强度和硬度，改善材料的力学性能。
同时，纳米材料的特殊界面还可以实现对材料的精确控制，从而获得更多样的物理和化学性质。
纳米技术 第二讲 纳米材料及纳米结构
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零维（0D）纳米材料
silica nanoparticles
Pt nanoparticles
一维（1D）纳米材料
金纳米棒
碳纳米管
硅纳米线
ZnO纳米带
二维（2D）材料
“绽放在纳米世界的火红玫瑰” 磁控溅射法在单晶NaCl 衬底上制作Cu纳米薄膜 ，样品厚度约15nm 。
导电性能的转变
1）与常规材料相比， Pd纳米相固体的比电阻 增大； 2）比电阻随粒径的减 小而逐渐增加； 3）比电阻随温度的升 高而上升。
■— 10nm; ▲— 12nm; X — 13nm; + — 22nm; ▼— 25nm; □ — 粗晶。
表面效应
表面效应（Surface Effect） 随着颗粒直径的变小，比表面积（表面积/体积）显著 地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原 子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样 的特性，这就是表面效应，又称界面效应。 超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会 迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有 意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致 密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超 微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料。
光谱线频移
纳米颗粒的吸收带通常发生蓝移。 SiC纳米颗粒的红外吸收峰为814cm-1，而块体SiC 固体为794cm-1。 CdS溶胶颗粒的吸收光谱随着尺寸的减小逐渐蓝移 （如下图所示）。 CdS溶胶颗粒 在不同尺寸下 的吸收光谱 谱线1：6nm; 谱线2：4nm; 谱线3：2.5nm; 谱线4：1nm
assembling system）、人工组装合成的纳米结构的材料体系或者 称为纳米尺度的图案材料（patterning materials on the nanometer scale）越来越受到重视。特点是强调按人们的意愿设计、组装、 创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性，这也 是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。
纳米科技技术的基本原理解析
纳米科技技术的基本原理解析引言：纳米科技是目前科技领域中备受关注的一个研究领域。
作为研发人员和科技爱好者，我们应该了解纳米科技的基本原理是什么，它如何影响我们的生活。
本文将对纳米科技的基本原理进行解析，并探讨其在各个领域中的潜在应用。
一、纳米科技的定义：纳米科技是研究和应用物质的特性和行为在纳米尺度范围内的科学与技术。
纳米尺度通常被定义为1到100纳米之间，即百万分之一至十六分之一的直径。
二、纳米科技的基本原理：纳米科技的基本原理主要涉及纳米材料和纳米结构。
纳米材料在纳米尺度下具备独特的物理、化学和生物学性质，相较于宏观材料具有许多优势。
1. 尺度效应：尺度效应是纳米科技的核心原理之一。
纳米材料的尺寸在原子和分子的尺度上，因此其性质与宏观材料存在明显差异。
纳米颗粒具有更大的比表面积，可提供更多的活性位点，从而在催化、吸附等方面表现出卓越性能。
2. 表面效应：相较于宏观材料，纳米材料的表面积更大，因此有更多的原子或分子暴露在表面。
纳米粒子的表面存在着更多的能级，使得其在催化、光催化、传感等应用中表现出更高的活性。
3. 量子效应：在纳米尺度下，物质的电子和光学性质会受到量子效应的影响。
量子效应使得纳米材料在光电、光学、磁性等方面表现出独特的特性。
例如，纳米晶体的量子点可发光颜色取决于颗粒的尺寸。
三、纳米科技的应用领域：纳米科技的应用潜力广泛，涵盖了许多领域，包括医疗、能源、材料、电子、环境等。
1. 医疗应用：纳米技术在医疗领域中有着巨大潜力。
纳米粒子可以作为载体，用于传递药物、基因，以及在肿瘤治疗中的靶向治疗。
纳米传感器可以用于检测和监测生物分子，以提高疾病的早期诊断和治疗效果。
2. 能源应用：纳米材料在能源领域中有广泛的应用前景。
纳米材料的电子、光学和磁性性质特殊，适用于太阳能电池、电池、液流电池以及催化剂等能源转换和储存设备中。
3. 材料应用：纳米材料在材料领域中应用广泛，可以用于制备高强度、高韧性、高导电导热等新型材料。
纳米材料的结构特征
2007物理诺贝尔奖介绍
瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会9号宣布，法国 科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因 1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同 获得2007年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝·费尔
彼得·格林贝格尔
纳米材料的结构特征
纳米材料的机构特征
一、自然界中的纳米结构与纳米材料 二、纳米材料概论 三、纳米材料的分类
3.1、纳米微粒 3.2、纳米固体 3.3、纳米纤维 3.4、纳米薄膜
一、 自然界中的纳米结构与纳米材料
从纳米科技发展历史的角度来讲，1861年随着胶体化 学的建立，科学家们才开始对直径为1-100 nm的粒子 体系进行研究工作；真正有意识进行纳米粒子实验的 是20世纪30年代日本人为了军事目的进行的“沉烟实 验”,1959年著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼发 表了重要演讲，提出了纳米技术的设想，之后纳米材 料和纳米科技得到了蓬勃的发展。但是，“纳米”并 不是人类的专利，早在宇宙诞生之初，它们就存在了。
纳米材料的晶界组元
晶界组元：纳米材料中 晶界占有很大的体积分 数，因而，对纳米材料 来说，晶界不仅仅是一 种缺陷，更重要的是构 成纳米材料的一个组元， 即晶界组元，是评定纳 米材料的一个重要参数。
（1）纳米固体材料的结构组成 (A)纳米晶体材料的组成：晶粒组元(所有原子都位
于晶粒的格点上) ＋晶界组元； (B)纳米非晶材料的组成：非晶组元＋界面组元； (C)纳米准晶材料的组成：准晶组元＋界面组元。
纳米热电材料
纳米储能材料
3.1、纳米微粒 定义尺度
颗粒：指在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一 定一定尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾 滴、油珠等液体颗粒。 一般而言，在室温下，物理化学性质发生显著变化的颗粒尺寸，多数 处于0.1微米以下，因而从功能材料角度出发，可以将超细微颗粒尺 寸的上限定位0.1微米，即100纳米。 目前机械法粉碎获得颗粒的尺寸一般只能到1微米。超微颗粒是指超 越常规制粉手段所获得的微粒。因此1微米可作为超微颗粒的上限， 所以笼统的说超微颗粒尺寸在1到1000纳米之间（小于1微米）。大 于1微米就是通常的微粉，小于1纳米的粒子称为原子簇。 超细微颗粒也被称为纳米粒子，纳米颗粒、纳米微粒等。
纳米材料及其分类
分的多层膜为超晶格材料，具有人们熟知的量子阱结构。
第3系列为不同成分的第二相分布于多层膜间和晶粒间的纳米材料。如 Ga偏 析在纳米W的等轴晶界，将Al2O3和 Ga放在一起球磨，形成纳米尺寸的Al2O3被网
状的非晶Ga膜分离的纳米材料均属此系列。
第4系列为纳米尺寸的晶体（层状、杆状和等轴晶）弥散分布在不同成分基体 中的复合纳米材料。例如纳米尺寸的Ni3Al沉淀粒子
1906年Wilm发现的Al-4%Cu合金的时效硬化，经精细X-射线和透射电镜研究
发现，它是由Cu原子偏析形成的原子团（GP区）和与母相共格的纳米θ’沉淀 析出而引起的。因此，时效在金属材料内沉淀析出小于100nm的粒子早成为提
高金属材料特别是提高有色金属材料强度的重要技术，至今已在材料工程中得
到广泛的应用。
二、纳米材料的结构
应用纳米结构， 可将它们组装成 各种包覆层和分散 层、高表面材料、 固体材料和功能 纳米器件，如图 1-3所示。
二、纳米材料的结构
当纳米结构由有限数量的原子组成时，可适用于原子尺度 的精细工程，这是纳米技术的基础。 纳米结构的基本特性，特别是电、磁、光等特性是由量子 效应所决定的，使纳米材料的性能具有尺寸效应，从而纳米结 构具有许多大于0.1μm的显微组织所不具备的奇异特性。
分布在Ni基体中的Ni3Al/Ni合金就属此系列，为0-3型复合。
四、纳米材料的发展历史
在自然界存在大量的天然纳米结构，例如在许多动物中就发现存在约由 30nm的磁性粒子组成的用于导航的天然线状或管状纳米结构（图1-2），在花棘 石鳖类、座头鲸、候鸟等动物体内都发现了这种纳米磁性粒子。此外，还发现 珍珠、贝壳是由无机CaCO3与有机纳米薄膜交替叠加形成的更为复杂的天然纳米 结构，因而具有和釉瓷相似的强度，同时具有比釉瓷高得多的韧性。
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纳米材料和纳米结构1.纳米微粒尺寸的评估在进行纳米微粒尺寸的评估之前，首先说明如下几个基本概念：（1）关于颗粒及颗粒度的概念（i）晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界。
（ii）一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子，颗粒内部可以有界面，例如相界、晶界等。
（iii）团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒。
团聚体内含有相互连接的气孔网络。
团聚体可分为硬团聚体和软团聚体两种。
团聚体的形成过程使体系能量下降。
（iv）二次颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子。
例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。
纳米粒子一般指一次颗粒，它的结构可以是晶态、非晶态和准晶，可以是单相、多相结构。
只有一次颗粒为单晶时，微粒的粒径才与晶粒尺寸（晶粒度）相同。
（2）颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说，颗粒尺寸（粒径）是指其直径。
对不规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径、投影面积直径等。
粒径评估的方法很多，这里仅介绍几种常用的方法。
A 透射电镜观察法用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。
该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法，因而具有可靠性和直观性。
首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上，待悬浮液中的载液（例如乙醇）挥发后，放入电镜样品台，尽量多拍摄有代表性的电镜像，然后由这些照片来测量粒径。
测量方法有以下几种：（i）交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子（1.56）来获得平均粒径；（ii）测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度，颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。
（iii）求出颗粒的粒径或等当半径，画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。
用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径，这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时，首先需用超声波分散法，使超微粉分散在载液中，有时候很难使它们全部分散成一次颗粒，特别是纳米粒子很难分散，结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体，在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。
电镜观察法还存在一个缺点就是测量结果缺乏统计性，这是因为电镜观察用的粉体是极少的，导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整个粉体的粒径范围。
B X射线衍射线线宽法（谢乐公式）电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。
X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。
当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。
颗粒为多晶时，测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。
这种测量方法只适用晶态的纳米粒子晶粒度的评估。
实验表明精力度小于50nm时，测量值与实际值相近，反之，测量值往往小于实际值。
晶粒度很小时，由于晶粒的细小可引起衍射线的宽化，衍射线半高强度处的线宽B与晶粒尺寸d的关系为：d=0.89λ/B cosθ（1）式中B表示单纯因晶粒度细化引起的宽化度，单位为弧度。
B为实测宽度B M与仪器宽化B S之差：B=B M-B S或B2=B M2-B S2B S可通过测量标准样品（粒径>1μm）的半峰值强度处的宽度得到。
B S与B M的测量峰位应尽可能靠近。
最好是选取与被测量纳米粉相同材料的粗晶样品。
在计算晶粒度时还需要注意以下问题：（i）应选取多条低角度X射线衍射线（2θ≤50︒）进行计算，然后求得平均粒径，高角度衍射线的Kα1与Kα2双线分裂开，这会影响测量线宽化值；（ii）当粒径很小时（数个纳米左右），由于表面张力的增大，颗粒内部受到大的压力，从而在颗粒内部产生第二类畸变，也会导致衍射线宽化，此时应当从测量的半高宽度中扣除这类畸变引起的宽化。
此外，通过衍射图谱的拟合，从半高峰宽随cosθ的变化关系也可得到一个拟合参数S=0.89λ/B，利用公式（1）可以计算出晶粒尺寸d来。
通过透射电镜观察法与衍射线线宽法结果的比较，还可以了解纳米粒子是晶粒还是一次颗粒或团聚体。
C 比表面积法通过测定粉体单位重量的比表面积S w,可由下式计算纳米粉中粒子直径（假定颗粒呈球形）：d=6/ρS w,式中，ρ为密度，d为比表面积直径。
S w的一般测量方法为BET多层气体吸附法，该方法是固体比表面测定时常用的方法。
S w=ZV m,Z是个常数，对不同的吸附气体有不同的值（有表可查）。
V m是气体的吸附量，BET法的关键就是确定V m的值。
V m的测量方法有测定已知量的气体在吸附前后的体积差（容量法，又分为定容法和定压法两种）和直接测定固体吸附前后的重量差（重量法）两类方法。
实际测定需先将样品在真空、高温条件下进行脱气处理，以清除固体表面上原有的吸附物，决定测量精度的主要因素为颗粒的形状和缺陷，如气孔、裂缝等。
D X射线小角散射法小角散射是指X射线衍射中倒易点阵原点（000）结点附近的相干散射现象。
散射角大约为10-2~10-1rad数量级。
衍射光的强度，在入射光方向最大，随衍射角增大而减小。
球形颗粒的重心转动惯量的回转半径与球半径r的关系为：R=0.77r。
如果得到散射强度I与散射角ε的关系曲线lnI-ε2，由其直线斜率σ可以得到R=0.49（-σ）1/2，从而得到颗粒半径r。
用lnI-ε2直线进行颗粒度测量时，试样的粒子必须相互之间有一定距离，而且粒子必须具有相同的形状、大小。
否则，lnI-ε2关系成一上凹曲线，根据这一曲线可求出样品中粒度分布和平均尺寸来，但计算较为繁复且需要建立假设模型。
E 拉曼散射法测量的是平均粒径：d=2π(B/∆ω)1/2,式中B为一常数，∆ω为纳米晶的拉曼谱中某一晶峰相对于相同材料的常规晶粒的对应晶峰峰位的偏移量。
F 光子相关谱法该方法是通过测量微粒在液体中的扩散系数来测定颗粒度。
微粒在溶剂中形成悬浮液时会作布朗运动，当激光照射到作布朗运动的粒子上时，散射光的强度会随时间发生变化。
在微秒至毫秒级的时间间隔中，粒子越大位置变化越慢，散射强度的变化（涨落）也越慢。
根据在一定时间间隔中的这种涨落可以测定粒子尺寸。
该方法的优点是可以获得精确的粒径分布，特别适合于工业化生产产品的粒径检测。
但要注意职称分散度十分好的悬浮液。
此外，粒径测量方法还有穆斯堡尔谱和扫描隧道显微镜方法等。
2.纳米固体材料的微结构材料的性质与材料的结构有密切的关系，搞清纳米材料的微结构对进一步了解纳米材料的特性是十分重要的。
A 纳米固体的结构特点纳米微晶的结构研究表明，它有两种组元：（i）晶粒组元，组元中所有原子都位于晶粒内的格点上；（ii）界面组元，所有原子都位于晶粒之间的界面上。
纳米非晶固体或准晶固体是由非晶或准晶组元与界面组元构成。
晶粒、非晶和准晶组元统称为颗粒组元。
纳米微晶界面的原子结构取决于相邻晶体的相对取向及边界的倾角。
如果晶体取向是随机的，则纳米固体物质的所有晶粒间界将具有不同的原子结构，这些结构可由不同的原子间距加以区分。
如图所示。
界面组元的微结构与长程序的晶态不同，也和典型的短程序的非晶态有所差别。
纳米非晶结构材料与纳米微晶不同，它的颗粒组元是短程有序的非晶态。
界面组元的原子排列比颗粒组元内原子排列更混乱。
B 纳米固体界面的结构模型纳米材料结构的描述主要包括颗粒的尺寸、形态及其分布，界面的形态、原子组态或者键组态，颗粒内和界面的缺陷种类、数量及其组态，颗粒内和界面的化学组分、杂质元素的分布等。
其中界面的微结构在某种意义上是影响纳米材料性质的最重要的因素。
与常规材料相比，过剩体积的界面对纳米材料的许多性质负有重要的责任。
近年来，对纳米材料界面结构的研究一直成为人们努力探索的热点课题。
尽管在实验上用各种手段对不同种类的纳米微晶和纳米非晶材料的界面进行研究，得到了很多实验事实，但界面结构还处于争论阶段，尚未形成统一的结构模型。
1987年Gleiter等人提出了类气态模型，认为纳米微晶界面内原子排列既没有长程有序，又没有短程序，是一种类气态的，无序程度很高的结构。
目前，已经很少有人再用这个模型。
后来的有序模型认为纳米材料界面的原子排列是有序的，但有序程度各不相同。
有人认为纳米材料和粗晶材料的界面结构没有太大差别，有人提出纳米结构材料界面原子排列是有序的、局域有序或者扩展有序的，也有人提出界面有序是有条件的，主要取决于界面的原子间距和颗粒大小。
结构特征分布模型的基本思想是纳米结构材料的界面结构是多种多样的，由于能量、缺陷、相邻晶粒取向以及杂质偏聚上的差别，使得纳米材料中的界面存在一个结构上的分布，它们都处于无序到有需的中间状态。
有的接近无序，有的是短程有序或者是扩展有序，甚至是长程有序。
结构特征分布受制备方法、温度、压力等因素的影响很大。
比如退火温度的升高或者压力增大，会使有序或扩展有序界面的数量增加。
目前用各种手段观察到界面结构上的差异都可以用这个模型统一起来。
实际上纳米材料结构具有多样性，存在一个结构特征分布。
C 纳米固体界面的X光实验研究晶体结构上的特征是其中原子在空间的排列具有周期性，即具有长程有序。
多晶是由许多取向不同的单晶晶粒组成，在每一晶粒中原子的排列仍是长程有序的。
非晶态原子的空间排列不是长程有序的，但却保持着短程有序，即每一原子周围的最近邻原子数与晶体一样是确定的，而且这些最近邻原子的空间排列方式仍大体保留晶体的特征，但随着原子间距的增大，原子的分布已不再具有晶体中的长程序。
人们最先就是通过用X射线衍射结构分析手段研究纳米材料界面中原子的排列来了解纳米材料界面结构的微观特征的。
到目前为止，X射线衍射研究还无法通过数据拟合得到纳米材料界面结构，但这是研究的方向，还有一些难点需要克服。
界面结构的获得还主要通过：假定一个结构模型，由此计算出理论衍射图谱，然后与实验图谱进行比较，如果不一致再对新的结构模型进行计算比较。
实际上即使是模型也要进行许多的简化才能进行计算。
朱星老师等曾计算了纳米Fe微晶的X射线衍射强度，方法是按某种方式假定晶粒中（晶粒体积取纳米晶粒的平均值）所有原子的位置，然后计算在各个方向的散射强度（衍射图谱）并与实验结果比较。
界面组元的结构特征则通过对在晶体结构和无序结构两极端情况之间不同情况的计算结果与实验结果比较而得到（通过改变表面原子层原子无规移动量的大小而改变无序程度）。
也有人是把纳米微晶与粗晶多晶的衍射背景和图谱进行比较，发现二者相差不多，从而分析出界面原子是趋于有序的排列。
研究界面结构的方法还有：扩展X射线吸收精细结构（EXAFS），测量比较纳米块体、粉体和粗晶多晶的EXAFS幅度；对于纳米非晶固体界面采用不同热处理后的X射线径向分布函数比较或XPS比较来了解最近邻配位数和距离等微结构；高分辨透射电镜可以直接观察纳米微晶及其界面的原子结构（如图所示），但要避免试样制备过程中和电子束诱导的界面结构弛豫的产生；穆斯堡尔谱研究可以分析原子核与其核外环境之间的超精细相互作用，可以测量拟合出晶体成分和界面成分两组谱线的差别及其随温度的变化，从而分析两种成分的结构差异；由于材料内部的某种原因使机械能逐渐被消耗的现象称为内耗。