纳米材料研究及检测要点
纳米材料分析
纳米材料分析纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
纳米材料的分析是了解其结构和性能的重要手段，而纳米尺度的特殊性也为其分析带来了挑战。
本文将介绍纳米材料分析的常用方法和技术，帮助读者更好地了解和掌握纳米材料分析的基本知识。
首先，纳米材料的结构分析是分析工作的重要组成部分。
常用的方法包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等。
其中，TEM能够提供纳米尺度下材料的高分辨率成像，SEM则能够观察材料的表面形貌，而AFM则可以实现对材料表面的原子级成像。
这些方法的结合运用可以全面了解纳米材料的结构特征，为后续性能分析提供基础数据。
其次，纳米材料的性能分析是评价其应用潜力的关键。
纳米材料的特殊尺度效应和表面效应使其具有独特的物理、化学和生物性能，因此需要针对其特殊性进行相应的分析。
例如，X射线衍射（XRD）可以用来分析纳米材料的晶体结构，拉曼光谱则可以揭示纳米材料的振动特性。
此外，热分析技术如热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）也可以用来分析纳米材料的热稳定性和热动力学性能。
这些方法的综合应用可以全面评估纳米材料的性能特征，为其应用提供科学依据。
最后，纳米材料的表面分析是其应用研究的重要环节。
纳米材料的表面活性和表面结构对其在催化、传感和生物医学等领域的应用具有重要影响，因此需要进行相应的表面分析。
常用的方法包括X射线光电子能谱（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）等。
这些方法可以实现对纳米材料表面化学成分、表面形貌和表面电子结构的分析，为纳米材料的应用研究提供重要支持。
综上所述，纳米材料分析是了解其结构和性能的重要手段，其分析方法和技术的选择应根据具体的研究目的和样品特性来确定。
通过结构分析、性能分析和表面分析的综合应用，可以全面了解纳米材料的特性，为其在材料科学、化学、生物医学和能源领域的应用提供科学依据。
医用纳米材料检测与评价标准
医用纳米材料检测与评价标准主要包括以下几个方面：
1.安全性评价：包括对纳米材料可能产生的毒性、生物相容性、
生物安全性等方面的评价。
这些评价通常涉及动物模型实验和体外细胞实验，以评估纳米材料对生物系统的潜在影响。
2.物理化学性质分析：包括对纳米材料的尺寸、形貌、表面性质、
稳定性等方面的分析。
这些分析通常使用现代分析技术，如透射电子显微镜、原子力显微镜、动态光散射等。
3.体外实验评价：用于评估纳米材料在体外环境中的生物效应，
如细胞毒性、细胞吞噬、细胞功能影响等。
这些实验通常使用各种细胞系或原代细胞进行。
4.体内实验评价：通过动物模型实验，评估纳米材料在体内的行
为和效果，包括药物传递、成像、治疗等方面的应用。
5.生物相容性和降解性评估：研究纳米材料与生物系统的相互作
用，以及其在体内外的降解性能。
这涉及到对纳米材料在体内的分布、代谢、排泄等方面的研究。
6.生产质量控制：确保医用纳米材料的质量和安全性，需要对其
生产过程进行严格的质量控制和管理。
这包括原材料的选取、生产工艺的优化、产品质量检测等方面的内容。
7.临床前和临床研究：在将医用纳米材料应用于临床之前，需要
进行充分的临床前和临床研究，以评估其安全性和有效性。
这些研究通常需要遵循相应的伦理和法规要求。
纳米材料概论复习要点
一、1、纳米科技：研究由尺寸在0.1—100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。
2、纳米固体材料：又可称为纳米结构材料或纳米材料，它是由颗粒或晶粒尺寸为1~100nm的粒子凝聚而成的三维块体。
3、量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒存在比连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，这些能隙变宽现象。
4、表面效应：表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。
5、宏观量子隧道效应：某些宏观量如颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等具有贯穿势垒的能力，称为宏观量子隧道效应。
6、纳米材料（广义）：晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸水平的材料。
7、原子团簇：由多个原子组成的小粒子。
它们比无机分子大，但比具有平移对称性的块体材料小，它们的原子结构(键长、键角和对称性等)和电子结构不同于分子，也不同于块体。
8、Kubo理论：颗粒尺寸进入纳米级时，靠近费米面附近的能级由原来的准连续变为离散能级。
9、小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
10、纳米结构材料：由颗粒或晶粒尺寸为1~100nm的粒子形成的三维块体称为纳米固体（结构）材料。
其晶粒尺寸、晶界宽度、析出相分布、气孔尺寸和缺陷尺寸都在纳米数量级。
二、简答题1、冷冻干燥法制备纳米颗粒的基本原理。
先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，再通过热处理得到所需的物质。
2、气相合成法制备纳米颗粒的主要过程有哪些？利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下合成出相应的化合物，再经过快速冷凝，从而制备各类物质的纳米粒子。
纳米材料的电学性质研究及应用
纳米材料的电学性质研究及应用纳米材料是一种新型材料，因其特殊的尺寸效应和表面效应，具有与宏观尺寸材料不同的物理、化学和电学性质。
在过去的几十年中，纳米材料的研究和应用已经取得了长足的进展。
其中，纳米材料的电学性质研究及应用是一个重要的研究方向。
一、纳米材料的电学性质研究纳米材料的电学性质与其尺寸和形貌密切相关，主要体现在电阻率、电导率、介电常数、电荷密度等方面。
1. 电阻率随着材料尺寸的不断减小，纳米材料中电子与原子间的散射减少，导致电子传输的流动路径减短，使电阻率降低。
同时，纳米材料还存在量子尺寸效应和界面效应等因素，使其电阻率表现出复杂的尺寸依赖性。
例如，在纯银的纳米线中，当直径小于50nm时，电阻率随直径增加而降低，但当直径小于10nm时，电阻率开始升高。
2. 电导率纳米材料的电导率与电阻率有相似的尺寸依赖性。
当材料尺寸减小到一定大小时，电导率会发生突变。
这是因为纳米材料中的电子受到晶格的限制，不再能够自由运动，从而阻碍了电子的导电。
3. 介电常数介电常数主要与材料的极化和导电性质有关。
随着尺寸的减小，纳米材料中电子的极化效应和界面效应越来越明显，从而导致介电常数的改变。
例如，在氧化锌的纳米晶体中，当粒径小于50nm时，介电常数会出现明显增加。
4. 电荷密度纳米材料的电荷密度与其表面形貌和化学成分有关。
在纳米颗粒表面，由于分子结构的改变和表面能的变化，通常会出现电子传输发生和化学反应发生的巨大变化。
以上是纳米材料电学性质的主要特征，而在实际应用中，更多的是关注纳米材料的电学性质所带来的一系列重要应用。
二、纳米材料的电学性质应用纳米材料的电学性质研究为其应用提供了重要的理论基础，同时也使得其应用领域更加广泛。
1. 生物医学纳米材料的电学性质具有较高的生物相容性和生物可降解性，可以在生物医学领域中应用。
例如，利用吸附纳米颗粒的特殊表面性质，可以研制出用于医学影像学和肿瘤治疗的纳米颗粒。
2. 能源存储纳米材料的电学性质能够提高电化学能量储存和释放的效率，因此在能源存储领域中有重要应用。
纳米生物材料的研究及应用
纳米生物材料的研究及应用随着纳米技术的发展和生物科学的不断进步，纳米生物材料这一新兴领域也引起了人们的关注。
纳米生物材料是将纳米技术应用于生物医学领域，结合了生物材料学、化学和生物学等学科的交叉研究。
近些年来，纳米生物材料已经成为一个非常热门的研究领域，并广泛应用于生物医学、生物传感器等多个领域。
一、纳米生物材料的定义纳米生物材料是一种具有纳米尺度结构和生物特性，并具有生物医学应用潜力的材料。
它包括纳米粒子、纳米管、纳米板、纳米膜等，这些纳米材料的粒径通常在1-1000nm之间。
目前，纳米生物材料已经被广泛应用于诊断、治疗、药物传递和生物成像等方面。
其中，纳米颗粒是一种常见的纳米生物材料，其特点是可通过口服、静脉注射、吸入等方法将药物直接送到病变组织，达到快速、准确、无创伤的治疗效果。
除此之外，还有纳米管、纳米板、纳米膜等纳米结构材料，这些材料的独特性能使之在生物医学领域的应用变得更加多样化。
例如，纳米管可以用于生物传感器，用于检测生物体内的蛋白质、DNA等分子，从而发现某些疾病的早期征兆并进行预测和治疗。
二、纳米生物材料的制备纳米生物材料的制备主要有物理方法和化学方法两种。
（一）物理方法物理方法主要包括热蒸发法、磁控溅射法、电弧放电法等，在这些方法中，利用物理性质改变材料的形态，使其达到纳米级粒径。
例如，磁控溅射法中，通过在高真空中施加电磁场来加速离子，使其撞击并蒸发材料，从而在基板上形成超薄膜。
该方法能够有效地制备出纳米级材料，但其制备时间较长，成本也较高。
（二）化学方法化学方法主要是将材料分子在特定条件下，通过化学反应的方式得到纳米级材料。
热力学计算法是一种典型的化学方法，可以通过计算和预测材料的热化学性质，合理选择反应条件来实现纳米级材料的制备。
此外，还有溶胶-凝胶法、微乳液法、水相法等不同的化学方法，也可以有效地制备出纳米级材料。
总体来说，物理方法的优点在于纳米级制备的精度较高，但制备周期长，成本高；化学方法则相对简单、便捷，能够大规模制备纳米材料，但受到限制的是材料制备的环境和检测对纳米级纯度的要求较高。
第六章 纳米材料检测及表征技术
2. 透射电子显微镜 （Transmission electron
microscory, TEM）
透射电子显微镜的分辨率大约为o.1nm 左右，可用于研究纳米材料的结晶情况， 观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和 评估纳米粒子的粒径。许多有关纳米材料 的研究，都采用TEM作为表征手段之一。 用TEM可以得到原子级的形貌图像。
1.2. 粒度分析的种类和适用范围
• 筛分法、显微镜法、沉降法 • 激光衍射法、激光散射法、光子相干光谱
法、电子显微镜图像分析法、基于布朗运 动的粒度测量法和质谱法
其中激光散射法和光子相干光谱法由于具有速度快、测量范 围广、数据可靠、重复性好、自动化程度高、便于在线测量 等测量而被广泛应用。
其测量颗粒最小粒径可以达到20nm和1nm。
5．纳米材料表面与界面分析
5.1 纳米材料表面与界面分析方法
分析对象： • 纳米薄膜材料 • 特别是固体材料
（元素化学态分析、元素三维分布分析以 及微区分析）
• 常用分析方法： X射线光电子能谱（XPS） 俄歇电子能谱（AES） 静态二次离子质谱（SIMS） 离子散射谱（ISS）
５０％ ４０％ ８％
纳米材料有以下性质。 4.1.1. 小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意
波长以及超导态的相干长度或穿透深度等物理特征尺寸相当时，晶体周期性 的边界条件将被破坏，声、光、力、电、热、磁、内压、化学活性等与普通 粒子相比均有很大变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应(也称体积效应)。
4.1.2. 表面与界面效应 纳米粒子由于尺寸小、表面积大、表面能高、位 于表面的原子处于严重的缺位状态，因此其活性极高，很不稳定，遇到其它 原子时很快结合，这种活性就是表面效应。
纳米材料的光热性能研究
纳米材料的光热性能研究随着科技的不断进步，纳米材料的应用领域也越来越广泛。
其中一个研究领域就是纳米材料的光热性能。
纳米材料拥有独特的性质和结构，使其在光热转换方面具有巨大潜力。
本文将探讨纳米材料的光热性能研究的意义、方法以及在工业和科学研究中的应用。
首先，研究纳米材料的光热性能具有重要的意义。
在能源领域，利用太阳能进行能源转换已经成为一种重要的可再生能源来源。
纳米材料的光热转换性能决定了其在太阳能电池等设备中的效率。
通过研究纳米材料的光热性能，可以更好地设计和合成高效的光热材料，提高太阳能转换的效率。
其次，研究纳米材料的光热性能需要使用一系列的方法和技术。
一个常用的方法是通过纳米结构的调控来控制纳米材料的光热性能。
例如，通过控制纳米颗粒的形状、尺寸和组合方式，可以调节其光热转换的效率。
此外，通过表面修饰、掺杂和合金化等方法，也可以改善纳米材料的光热性能。
除了结构调控外，还可以利用光学和热学等技术手段来研究纳米材料的光热性能。
例如，透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）可以用于观察纳米材料的形貌和结构；红外热像仪可以用于测量纳米材料的热辐射特性。
纳米材料的光热性能不仅在能源领域有着广泛的应用，还在医学和环境领域有着潜在的应用前景。
在医学领域，纳米材料的光热性能可以用于癌细胞的治疗。
通过将纳米材料注射到人体内部，利用纳米材料的光热性能对癌细胞进行热疗，可以有效地杀死癌细胞而不伤害健康组织。
在环境领域，纳米材料的光热性能可以应用于污水处理和除菌。
通过将纳米材料引入污水中，利用纳米材料的光热性能分解有害物质，可以实现高效的污水处理和除菌。
此外，纳米材料的光热性能还有许多其他的应用。
例如，在光催化领域，纳米材料的光热性能可以用于光解水制氢和有机物降解等反应。
在光传感领域，纳米材料的光热性能可以用于光学传感器的制备，实现对各种物质的高灵敏度检测。
在纳米加热领域，纳米材料的光热性能可以用于微纳加热元件的设计和制备，实现对微细结构的高精度加热。
纳米生物医学材料的研究及应用
纳米生物医学材料的研究及应用纳米生物医学材料是一种新型的医疗材料，它利用纳米技术和生物医学学科的交叉，使得医学诊疗与材料科学完美地结合起来。
该材料不仅具有高度的生物相容性和生物活性，还具有较大的比表面积和独特的分子识别特性。
近年来，纳米生物医学材料的研究和应用不断涌现，极大地推动了医学的发展。
以下是该领域的研究和应用进展的综述。
一、纳米生物医学材料的研究进展1. 纳米生物医学材料的种类纳米生物医学材料分为四大类：纳米粒子、纳米管、纳米小球和纳米晶体。
其中，纳米粒子可以被用于医学检测、药物运输和治疗；纳米管可以用于组织重建和治疗疾病；纳米小球可以用于疫苗传递和免疫学诊断；纳米晶体可以用于生物传感和药物释放。
2. 纳米生物医学材料性质的特点纳米生物医学材料具有多种特殊性质，如较大的表面积、阻抗修饰的抗氧化性、较小的颗粒大小和独特的光学性质等。
同时，该类材料还具备巨大的光学活性、热动力学性质和磁性等特点。
这些特殊性质为该类材料的应用提供了多种可能性。
3. 纳米生物医学材料的制备技术制备高质量的纳米生物医学材料需要多种复杂的制备技术，如溶胶-凝胶法、微乳化法、电化学法等。
同时，制备过程中的物理/化学交互作用和控制导致了制备的结构、形态和物理化学性质的不同。
4. 纳米生物医学材料的表征技术透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）等先进表征技术，为纳米生物医学材料的性质研究提供了重要的工具和手段。
二、纳米生物医学材料的应用1. 纳米生物医学材料在药物传递中的应用纳米生物医学材料的重要应用领域之一是药物传递。
该类材料可以被内部化并运输到靶细胞，不仅可以保护药物免受破坏，而且可以提高药物的靶向性，从而达到更好的治疗效果。
2. 纳米生物医学材料在生物传感中的应用利用纳米生物医学材料可以开发出实验室级生物传感器，从而实现对生物分子的快速检测和分析。
该领域的研究不仅可以为临床诊断提供必要的依据，而且可以进行癌症和疾病的预测。
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纳米材料研究及检测【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。
文章简要地概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。
本文以纳米材料为主要研究对象,阐述了其分析使用的分析方法。
【关键词】纳米技术；纳米材料；结构；性能；分析方法；表征前言纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。
纳米科技是未来高科技的基础, 而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。
因此, 纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义和作用。
分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一, 它不仅是研究的对象, 而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段。
随着纳米材料科学技术的发展, 要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念, 提高其灵敏度、准确度和可靠性, 从中提取更多信息, 提高测试质量、效率和经济性。
纳米材料主要性质有:小尺寸效应[、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。
目前表征纳米材料的技术很多，采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法，大体可以分为以下几种方法。
1.纳米科学和技术1.1 纳米科技的定义纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。
其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。
纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。
其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。
1.2 纳米科技的内容纳米科技主要包含：纳米物理学；纳米电子学；纳米材料学；纳米机械学；纳米生物学；纳米显微学；纳米计量学；纳米制造学……1.3 纳米科技的内涵第一：纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。
目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。
纳米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。
现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。
如果将纳米科技与传统学科相结合，可产生众多的新的学科领域，并派生出许多新名词。
这些新名词所体现的研究内容又有交叉重叠。
若以研究对象或工作性质来区分，纳米科技包括三个研究领域：纳米材料；纳米器件；纳米尺度的检测与表征。
其中纳米材料是纳米科技的基础；纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。
目前人们对纳米科技的理解，似乎仅仅是讲纳米材料，只局限于纳米材料的制备,这是不全面的。
主要原因：国内科研经费的资助以及有影响的成果的获得，主要集中在纳米材料领域，而且我国目前纳米科技在实际生活中的应用也最先在纳米材料这一领域表现出来。
我国现在300余家从事纳米科技研发的公司也主要是从事纳米材料，尤其是纳米粉体材料的生产。
第二：纳米科技不仅仅是传统微加工技术的扩展和延伸。
纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点，去设计制造具有特殊功能的产品。
在未来，人们将可以用纳米技术一个一个地将原子组装起来，制成各种纳米机器如纳米泵、纳米齿轮、纳米轴承和用于分子装配的精密运动控制器。
纳米科技研究的技术路线可分为“自上而下”和“自下而上”两种方式。
“自上而下”是指通过微加工或固态技术，不断地在尺寸上将人类创造的功能产品微型化；“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，这主要是利用化学和生物学技术。
它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，标志着人类科学技术已进入一个新的时代。
纳米科技的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。
纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。
第三：纳米材料不仅仅是颗粒尺寸减小的问题。
有些人认为，纳米技术与微米技术相比仅仅是尺寸缩小、精度提高的问题，检验一项技术或产品只要看它是否是纳米量级即可。
这种认识是片面的。
纳米科技的重要意义主要体现是在这样一个尺寸范围内，其所研究的物质对象将产生许多既不同于宏观物体也不同于单个原子、分子的奇异性质或对原有性质有十分显著的改进和提升。
因此，判断纳米材料，不仅仅看颗粒是否在纳米量级，更重要的是要检测它在这一尺寸下，是否发生了性能的改变或原有性能显著的提高。
2 纳米材料2.1 纳米材料的定义粒径为1nm-100nm的纳米粉，直径为1nm-100nm的纳米线，厚度为1nm-100nm的纳米簿膜，并且出现纳米效应的材料称为纳米材料。
2.2 纳米材料的分类A、按维数或结构来分，纳米材料的基本单元可以分为四类：零维纳米材料；一维纳米材料；二维纳米材料；三维纳米材料。
B、按材料物性划分，纳米材料可分为：纳米半导体；纳米磁性材料；纳米非线性光学材料；纳米铁电体；纳米热电材料；纳米光电材料；纳米超导材料。
C、按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；纳米储能材料。
D、按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；储能材料。
E、按化学组分划分，纳米材料可划分为：纳米金属；纳米晶体；纳米陶瓷；纳米玻璃；纳米高分子；纳米复合材料。
2.3 纳米材料的颗粒特征由于颗粒极度细化，晶界所占体积分数增加，使得材料的某些性能发生截然不同的变化。
例如，以前给人极脆印象的陶瓷，纳米化后居然可以用来加工制造发动机零件；尽管各种块状金属有不同颜色，但当其细化到纳米级的颗粒时，所有金属都呈现出黑色。
纳米材料的另一特点是熔点极低，金的熔点通常是 1000多摄氏度，而晶粒尺度为 3nm的金微粒，其熔点仅为普通金的一半。
如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性，因此可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工，随后进行热处理，使其转变为通常陶瓷，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性。
2.4 纳米材料的结构在纳米材料的结构中，存在着两种结构组元，即晶体组元和界面组元。
晶体组元由所有晶粒中的原子组成，这些原子都严格地位于晶格位置；界面组元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。
晶体组元由所有晶粒中的原子组成，这些原子都严格地位于晶格位置，长程有序；界面组元由处于各晶粒间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。
界面原子密度低，界面上邻近原子配位数发生变化，界面原子间距差别大。
纳米材料两种结构组元的存在，特别是界面组元的存在，使其特性既不同于原子，又不同于结晶体，其物理化学性质与块体材料相比有明显差异。
可以说它是一种不同于本体材料的新材料。
构成纳米块体材料、薄膜材料、多层膜的基本结构单元主要有：原子团簇、纳米微粒、人造原子、纳米管、纳米棒、纳米丝和同轴纳米电缆。
其中：原子团簇是一类于20世纪80年代才发现的新的化学物种。
它是几个至几百个原子的聚集体（粒径小于或等于1nm），如Fen，CunSm，CnHm（n和m为正数）和碳簇（C60, C70等）等。
原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子，也不同于以弱的结合力结合的松散分子团簇和具有周期性的晶体。
它们的形状多种多样，它们尚未形成规整的晶体。
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超微颗粒,它的尺寸大于原子簇(cluster),小于通常的微粉。
在固体物理和分子化学中，常将含有几个到几百个原子或尺度小于1nm 的粒子称为“簇”，它是介于单个原子和固态之间的原子集合体。
纳米微粒一般在1~100nm之间。
当粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有着广阔的使用前景。
人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它的尺寸小于100nm，有时称其为量子点，是20世纪90年代提出来的新概念。
人们曾将半导体的量子点也称为人造原子。
当体系的尺度与物理特征量相近时，量子效应十分显著。
因此当大规模集成电路微细化到100nm 左右时，以传统观念和原理为基础的大规模集成电路的工作原理将受到严峻挑战，电子在人造原子中的运动规律将出现经典物理难于解释的新现象。
2.5纳米材料的性质：纳米材料的特性既不同于原子，又不同于结晶体，可以说它是一种不同于本体材料的新材料，其物理化学性质与块体材料有明显差异。
主要表现在：纳米材料性能表现出强烈的尺寸依赖性当粒子尺寸减小到纳米级的某一尺寸时，则材料的物性会发生突变，与同组分的常规材料的性能完全不同，且同类材料的不同性能有不同的临界尺寸，对同一性能，不同材料相应的临界尺寸也有差异，所以当物质的粒子尺寸达到纳米数量级时，将会表现出优于同组分的晶态或非晶态的性质。
如熔点下降、强烈的化学活性和催化活性及特殊的光学、电学、磁学和力学及烧结性能。
这主要是由纳米材料的下列效应引起：小尺寸效应（体积效应）；表面与界面效应；量子尺寸效应（久保效应）；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与量子隧穿；介电限域效应。
随着颗粒尺寸的减小，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
小尺寸效应为纳米材料的应用开拓了广阔的领域。
作为高温陶瓷材料的烧结活化剂；通过改变晶粒尺寸来控制吸收波的位移，从而制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等；陶瓷材料在通常情况下呈现脆性，而由纳米超微粒制成的纳米陶瓷却具有良好的韧性。
这是由于纳米超微粒制成的固体材料具有大的界面，界面原子排列相当混乱，原子在外力变形条件下容易迁移。
因此使原先脆性的材料表现出良好的韧性和延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性能；纳米金属固体的硬度要比传统的粗晶材料硬件3~5倍，则金属-陶瓷复合材料可在更大的范围内改变材料的力学性能，应用前景十分广阔.纳米材料的表面效应是指：随着粒子粒径变小，表面原子数与总原子数之比急剧增大后引起性质上的变化。
纳米粉体隨著粒径变小，占表面位置的原子数量增加，因此纳米粉微粒通常具有相当高的表面能。
当粒子的尺寸降到一定值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立（离散）能级的现象、纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级和能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。