纳米材料综述要点
纳米材料的制备技术综述
纳米材料的制备技术综述纳米材料的制备技术，听上去是不是有点高大上？其实也没那么神秘，咱们聊聊就能搞懂。
说实话，纳米这个词说得多了，很多人可能还不太明白，啥叫“纳米”？其实就是非常非常小的东西，咱们说得简单点，就是比我们眼睛能看到的还要小得多得多的小东西。
要是你拿个针尖放大个几百倍，可能就能看到这些纳米级的玩意儿。
为什么大家对这些小东西这么感兴趣呢？因为它们能做的事儿太牛了！从医学到能源，从环境保护到电子产品，几乎无所不能。
不过，要把这些纳米材料做出来，可不是随便乱搞的事儿，它需要技术、需要工艺，得讲究“心思”。
现在就让咱们来聊聊这些技术。
想要制备纳米材料，最常见的办法之一就是化学气相沉积（CVD）。
这个名字听起来挺吓人，其实不难懂，就是把一些气体材料，通过加热、反应等方式，沉积到一个表面上，最后变成纳米级的薄膜、颗粒什么的。
说白了，就是通过“气体变成固体”这件事儿，把小小的东西固定下来。
要是你还记得小时候吹过的泡泡，那泡泡里的水蒸气凝结成液滴差不多，CVD的原理就有点像这个。
只不过它可不是吹泡泡那么简单，而是需要高温、特殊的气氛、精准的控制，才能让这些纳米材料顺利“成型”。
是不是有点神奇？再来说说溶胶凝胶法，这也是一种特别有意思的技术。
其实它的名字就告诉你大概是怎么回事：先把一些材料溶解在液体里，形成溶胶，然后通过化学反应把它们凝结成固体，也就是纳米材料。
这个方法简单来说就像做菜一样，先把材料“泡”在液体中，激活它们，让它们变得“活跃”，然后等到合适的时机，它们就会自己变成纳米颗粒，接着凝聚成你想要的形态。
你要是做过豆腐脑，就知道这个道理。
豆腐脑一开始也是液体，经过“老母鸡”和大豆的“配合”，慢慢变成了一个个嫩滑的块状物。
这种方法不需要特别复杂的设备，也能做到高质量的纳米材料，所以很多研究者都喜欢用它。
再说说球磨法，简单说就是用机械力把大颗粒的材料磨成小颗粒。
你可以想象一台超级强力的“搅拌机”，把大块的材料放进去，几千转的高速旋转让它们变得越来越小，最后变成纳米级别的颗粒。
材料科学领域纳米材料设计方法综述
材料科学领域纳米材料设计方法综述引言：随着纳米科学与技术的迅猛发展，纳米材料引起了广泛关注，并在各个领域展现出巨大的潜力。
纳米材料具有特殊的物理、化学和生物学性质，以及较大的比表面积和界面效应等独特特性。
纳米材料的设计方法和制备技术对于开发新型材料、提高材料性能和创新功能材料具有重要意义。
在材料科学领域，纳米材料的设计方法一直是研究热点之一。
本文将对目前纳米材料设计方法进行综述，包括理论模拟计算方法、实验设计方法以及混合方法等。
一、理论模拟计算方法1. 密度泛函理论（DFT）密度泛函理论是纳米材料设计中经常采用的一种计算方法。
它基于量子力学原理，通过求解Schrödinger方程获得材料的电子结构和物理性质。
DFT可以预测纳米材料的能带结构、原子和分子间的相互作用等重要性质，并能够通过模拟计算进行材料的优化和组装。
然而，DFT也存在一些局限性，如计算复杂度较高，对于大尺寸纳米材料的计算非常困难。
2. 分子动力学模拟（MD）分子动力学模拟是一种基于经典力学原理的计算方法，适用于研究纳米材料的结构和动力学行为。
通过分子间的相互作用力和运动方程，可以模拟出纳米材料的力学性质、热力学性质等。
分子动力学模拟可以预测纳米材料的形貌，优化材料的构型，研究材料的力学响应等。
然而，分子动力学模拟也存在一些局限性，如模拟的时间尺度和空间尺度有限。
二、实验设计方法1. Top-down方法Top-down方法是一种将大尺寸的材料通过加工和刻蚀等方法逐渐减小至纳米尺寸的方法。
例如，通过光刻和电子束曝光等技术，可以在大面积的材料上制备出纳米图案。
Top-down方法适用于制备尺寸较大的纳米材料，具有操作简单、可扩展性强的优点。
但是，这种方法对原料材料的选择和加工工艺的控制要求较高。
2. Bottom-up方法Bottom-up方法是指通过分子自组装和化学合成等方法逐步构建起纳米尺寸的材料。
通过控制反应条件和材料的自组装过程，可以精确调控纳米材料的形貌和结构。
纳米材料发展综述
纳米材料发展综述原来绝缘的氧化物在纳米化后会呈现出一定的导电性;铁磁性材料在纳米级下,其矫顽力比宏观材料提高了3一4个数量级,小于10nm时矫顽力变为零,成为顺磁性材料[s];纳米相陶瓷在室温下有良好的韧性,二氧化铁陶瓷甚至于在18OC发生弯曲而不产生裂纹,而烧结温度降低几百度;纳米相的有微孔的陶瓷小球的吸附力是普通净化剂三氧化铝的20倍;掺有纳米粒子的有机材料耐磨性可提高3~5倍,介电性也大大增加;陶瓷中掺人氧化物的纳米粒子,可提高致密度困;金属纳米粒子掺人陶瓷中可提高陶瓷的力学性能;纳米级的碳管有导电性和半导体性,具有半导体异质结的作用和库仑阻塞效应,强度是钢的几百倍,比重只有钢的六分之一……三、纳米材料的应用随着纳米科技的发展,利用纳米材料特异的光尹电、磁、热、声、力、化学和生物学性能,纳米材料已被广泛应用于宇航、电子、化工、冶金、军事、核工业、医学和生物工程等国民经济发展的许多领域。
不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统产业带来生机和活力。
4.1催化剂材料中的应用纳米粒子作为催化剂,有着许多优点。
首先是粒径小,比表面积大,催化效率高。
另外,纳米粒子生成的电子、空穴在到达表面之前,大部分不会重新结合,因此电子、空穴能够到达表面的数量多,则化学反应活性高。
如纳米级镍、铜锌混合制成的加氢反应催化剂,在相同使用条件下,其选择性比现在使用的雷尼镍(RaneyNi)高5一10倍。
纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂,将使燃烧效率提高100倍。
纳米铁粉可在几He气相热分解中起成核作用而制备出碳纤维。
Fe~(支}Ni等纳米离子可取代贵金属作汽车尾气净化的催化剂。
目前,工业上利用纳米二氧化钦一三氧化二铁作催化剂,用于废水处理(含3笼一或C几以一体系),取得了很好的效果。
陶瓷材料中的应用陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。
但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使其应用受到了较大的限制。
纳米材料综述范文
纳米材料综述范文纳米材料是自上世纪90年代以来兴起的一项新兴科技，其具有独特的物理、化学和生物性能，因此受到了广泛的关注和研究。
本文将综述纳米材料的定义、制备方法、应用领域以及潜在的风险和挑战。
首先，纳米材料是指至少在一个维度上具有纳米级尺寸（1-100纳米）的材料。
由于其尺寸处于微观和宏观之间，纳米材料往往具有与传统材料不同的物理和化学性质。
例如，纳米颗粒表面积大大增加，导致其在催化、光学和磁性等方面具有更高的活性和敏感性。
此外，纳米材料还具有较高的比表面积和功率密度，使其在能源存储、传感器和生物医学等领域有着广泛的应用前景。
纳米材料的制备方法多种多样，但可以分为两大类：自下而上和自上而下。
自下而上方法是通过控制和组装分子、原子或离子来构建纳米结构。
例如，溶液法、气相沉积和电化学沉积等方法可以制备出纳米颗粒、纳米薄膜和纳米线等结构。
自上而下方法则是通过纳米加工工艺将材料从大尺寸逐渐减小到纳米级。
常见的自上而下方法包括球磨、机械研磨和激光刻蚀等。
纳米材料具有广泛的应用领域，包括能源、环境、生物医学、电子等。
在能源领域，纳米材料被广泛应用于太阳能电池、燃料电池和储能材料中。
纳米材料的高比表面积可以提高电池的能量密度和效率。
在环境领域，纳米材料可以用于水处理、污染物检测和空气净化等方面。
例如，纳米颗粒可以作为催化剂用于有害气体的催化转化和光催化分解。
在生物医学领域，纳米材料可以用于药物输送、分子成像和组织修复等方面。
纳米颗粒可以通过控制其大小和表面修饰来实现药物的靶向输送和释放。
在电子领域，纳米材料可以用于制备纳米电子元件和纳米传感器等。
纳米材料的尺寸效应和表面效应使其在电子器件的性能和灵敏度方面具有巨大的优势。
然而，纳米材料的应用也面临着一些潜在的风险和挑战。
首先，纳米材料的生产和处理过程中可能释放出有害物质，并对环境和人体健康造成潜在风险。
此外，由于纳米材料的小尺寸和特殊性质，其对生物体的毒性和生物互作性尚不完全了解。
高中化学纳米材料知识点归纳总结
高中化学纳米材料知识点归纳总结纳米材料是指尺寸在纳米尺度（1-100纳米）范围内的材料，具有特殊的物理、化学和生物学性质。
近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料在许多领域中的应用越来越广泛。
本文将对高中化学中与纳米材料相关的知识点进行归纳总结。
一、纳米材料的定义与分类纳米材料是尺寸在纳米尺度范围内的材料，可以按材料种类进行分类，如纳米金属、纳米氧化物、纳米碳材料等；也可以按结构特点进行分类，如核壳结构纳米粒子、纳米线、纳米球等。
二、纳米材料的制备方法1. 物理方法：包括溶剂热法、溶胶凝胶法、气相沉积法等。
2. 化学方法：包括溶胶凝胶法、热分解法、水热法等。
3. 生物合成法：利用生物体外或体内合成纳米材料，如纳米金、纳米银的生物还原法。
三、纳米材料的性质1. 尺寸效应：纳米尺度下材料的性质发生显著变化，如界面增强效应、量子效应等。
2. 表面效应：纳米材料的比表面积大，导致其表面活性增强，与其他物质的相互作用更明显。
3. 光学性质：纳米材料具有特殊的光学性质，如表现出的颜色与粒子尺寸有关的“量子尺寸效应”。
四、纳米材料的应用1. 催化剂：纳米金属颗粒在催化反应中具有较大的比表面积和特殊的表面性质，能够提高催化反应速率。
2. 电子器件：纳米电子材料被广泛应用于电子器件中，如纳米晶体管、纳米电池等。
3. 医学领域：纳米材料在医学领域有广泛应用，如纳米药物传输系统、纳米诊断剂等。
五、纳米材料的安全性纳米材料在应用过程中，其安全性备受关注。
纳米材料对人体健康和环境有潜在的风险，需要进行安全评估和监测。
六、纳米材料的前景与挑战纳米材料在科学研究和应用领域具有巨大的潜力，但同时也面临一些挑战，如制备工艺的复杂性、安全性等问题需要解决。
综上所述，纳米材料是指尺寸在纳米尺度范围内的材料，具有特殊的性质和应用前景。
了解和掌握纳米材料的制备方法、性质和应用对于推动纳米技术的发展具有重要意义。
我们期待纳米材料在各个领域中的应用能够为人类社会带来更多的创新和进步。
纳米材料的知识点总结高中
纳米材料的知识点总结高中一、纳米材料的定义纳米材料是指至少在一个维度上尺寸在1到100纳米之间的材料，它具有与其尺寸相近的特殊性质。
这些特殊性质包括但不限于光学、电学、磁学、力学、热学、表面活性等。
纳米材料可以是单一的纳米颗粒，也可以是具有纳米结构的纳米复合材料。
二、纳米材料的特性1. 尺寸效应：当纳米尺寸接近于原子和分子的尺寸时，材料的性质会发生巨大的变化，这种现象被称为尺寸效应。
例如，金属纳米颗粒的熔点会比其宏观尺寸的熔点显著降低。
2. 多相效应：纳米材料中存在多种相的转变，例如金属纳米颗粒的相变会导致其性质的改变，从而影响了其应用性能。
3. 表面效应：纳米材料的比表面积远大于宏观材料，因此表面效应在纳米材料中变得尤为重要。
表面效应会影响材料的化学活性、光学性质、力学性质等。
4. 量子限制效应：纳米尺度下的电子、声子等量子效应会导致纳米材料的光学、电学、热学等性质呈现出不同于宏观材料的性质。
三、纳米材料的制备1. 气相法：气相法制备纳米材料的方法包括气相沉积和气相合成等。
气相法制备的纳米材料具有高纯度、可控性好等特点，但生产方法复杂，能耗大。
2. 溶液法：溶液法是一种简单、低能耗的纳米材料制备方法，包括溶胶-凝胶法、溶液合成法等。
溶液法可以制备不同形态的纳米材料，如纳米颗粒、纳米管、纳米片等。
3. 机械法：机械法制备纳米材料的方法包括球磨、高能球磨等。
机械法可以制备出尺寸均一、纯度高的纳米材料，但其生产效率较低。
4. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是一种能够在相对较低的温度下制备出高质量纳米材料的方法，具有较高的产率和良好的可控性。
四、纳米材料的应用1. 纳米材料在材料科学领域的应用包括纳米传感器、纳米催化剂、纳米电子器件、纳米光学器件等。
这些应用使得传统材料的性能得到了显著的改善。
2. 纳米材料在生物医学领域的应用包括药物传输、医用材料、生物成像等。
纳米材料的小尺寸和大比表面积使其在生物医学应用中显示出了独特的优势。
化学中的纳米材料科学知识点
化学中的纳米材料科学知识点纳米材料是指至少在一个尺寸范围内具有一个或多个尺寸小于100纳米的材料。
纳米材料的研究兴起于20世纪90年代，随着技术的进步和科学的发展，纳米材料在化学领域中扮演着重要的角色。
一、纳米材料的定义和特点纳米材料通常是由许多个纳米粒子组成的，这些纳米粒子具有特殊的物理和化学性质。
纳米材料的特点包括以下几个方面：1. 尺寸效应：当材料的尺寸减小到纳米级别时，其物理和化学性质会发生显著变化。
2. 量子效应：纳米材料中的电子、光子等粒子表现出与宏观材料不同的行为，显示出量子效应。
3. 表面效应：纳米材料的表面积相比于体积更大，表面上的原子和分子与周围环境的相互作用更加明显。
二、纳米材料的制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶状态中的小颗粒到凝胶状态的沉淀，得到纳米材料。
2. 熔融法：通过材料的熔化和快速冷却，形成纳米粒子。
3. 气相法：通过在高温下使气体或蒸汽的粒子聚集形成纳米颗粒。
4. 暴露还原法：通过还原剂的作用，还原纳米粒子。
5. 电化学法：利用电流的作用，将金属离子沉积成纳米颗粒。
三、纳米材料的应用领域1. 光电子学领域：纳米材料在太阳能电池、显示器件和激光等方面有广泛应用。
2. 催化剂领域：纳米材料的比表面积大，可以提高反应速率和选择性，有助于催化反应的进行。
3. 生物医学领域：纳米材料在药物传递、肿瘤治疗和成像方面具有潜在应用价值。
4. 传感器领域：纳米材料可以用来制作高灵敏度的传感器，用于检测化学物质、生物分子等。
5. 环境保护领域：纳米材料在水处理、废气净化等方面具有广泛应用前景。
四、纳米材料的安全性和环境风险尽管纳米材料在科学研究和技术应用中非常有前景，但其安全性和环境风险也需要引起关注。
1. 纳米材料对人体的影响：纳米材料可以穿透细胞膜，进入人体内部，可能对人体造成潜在的毒性和健康风险。
2. 纳米材料对环境的影响：纳米材料的释放和排放可能会对环境和生态系统造成潜在的危害。
纳米材料的自组装综述
纳米材料的自组装综述纳米材料的自组装是一种具有巨大潜力的新兴领域，通过利用分子间的相互作用和动力学行为来自组装出具有特殊结构和性质的纳米材料。
自组装方法不仅能够制备出高度有序的纳米结构，还能够在纳米尺度上控制物质的形貌、结构和性能，因此被广泛应用于纳米科学、纳米技术和材料科学等领域。
自发性自组装是指纳米材料在适当条件下，由于分子间的相互作用和动力学行为，自行组装形成特定的纳米结构。
自发性自组装方法包括溶液中的自组装、蒸发结晶法、自组装膜的自发生成等。
其中，溶液中的自组装是一种常见的方法，通过溶液中的分子之间的静电相互作用、范德华力、水合作用等力来实现自组装。
在适当的溶剂和浓度条件下，纳米材料可以通过纳米粒子的互相吸引和排斥形成特定结构。
蒸发结晶法是一种将溶液中的纳米材料通过蒸发水分使其自行形成纳米结构的方法。
自组装膜的自发生成是指将自组装分子散布在固体基底上，通过控制其组装行为，使其在固体基底上形成自组装膜。
外界控制下的自组装是指通过外界参数的调控来实现纳米材料的自组装。
外界控制下的自组装方法包括利用电场、磁场、光场、温度等外界参数的调控来实现纳米材料的组装行为。
例如，电场可以通过调控分子之间的电荷来实现纳米材料的组装行为；磁场可以通过控制磁性纳米材料的相互作用来实现纳米材料的组装行为；光场可以通过控制光的强度、波长和方向来实现纳米材料的组装行为；温度可以通过调控纳米材料的热运动来实现纳米材料的组装行为。
纳米材料的自组装不仅能够制备出具有特殊结构和性能的纳米材料，还能够为纳米技术和材料科学的发展提供新的方法和途径。
自组装方法可以实现纳米材料的可控制备和自组装膜的可控形成，为纳米技术的实现和材料科学的发展提供了重要的基础。
此外，纳米材料的自组装还具有很多独特的优势，例如可以在大面积上实现纳米尺度的组装、可以制备出高度有序的纳米结构、可以通过改变组装条件来调控纳米材料的性能等。
总之，纳米材料的自组装是一种具有巨大潜力的新兴领域，通过自发性自组装和外界控制下的自组装方法，可以实现纳米材料的有序组装和控制形貌、结构和性能。
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纳米材料综述一、基本定义1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
1、纳米纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符号为 nm。
2、纳米技术纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。
其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。
纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段：第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。
研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。
第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料：•纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合，•纳米微粒与常规块体复合(0-3复合，•纳米复合薄膜(0-2复合。
第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。
它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。
3、纳米材料材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米材料。
纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图二、纳米材料的基本性质由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。
1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。
具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。
纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。
应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。
使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。
2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。
因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。
3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。
利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。
并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。
随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
4、磁学性质当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到 1.71Gb/cm2。
同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。
高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
三、纳米材料的主要效应由于纳米材料具有显然不同于体材料和单个分子的独特性能--体积效应、量子尺寸效应、表面界面效应和宏观隧道效应等及它在电子、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要应用而引起人们的高度重视。
1、小尺寸效应（体积效应）当颗粒的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体原有的周期性及边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小，导致光、电、声、磁、热、力等物性发生严重的变化，呈现出一种新的体积效应，其他性质都是此效应的延伸。
例如，光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态转变；超导相向正常相的转变：声子谱发生改变等。
2 、量子尺寸效应量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为分散能级的现象。
早在60年代Kubo就采用电子模型给出了决定能级间距的著名公式，其中为能级间距，为费米能级，N为总电子数。
对常规物体，因包含有无限多个原子（即所含电子数N → ∞），故常规材料的能级间距几乎为零（→ 0）；而对纳米粒子，因其含原子数有限，有一定的数值，即能级发生了分裂.当能级的间距大于热能、磁能、光子能量、超导态的凝聚能等典型能量值时，必然因量子效应导致纳米微粒的光、热、电、磁、声等特性与常规材料有显著不同。
例如，特异的光催化性、高光学非线性及电学特性等。
对于TiO2，实验研究表明[3]，当TiO2粒径小于10nm时，显示明显的量子尺寸效应，光催化反应的量子产率迅速提高；锐钛矿相TiO2的粒径为3.8nm时，其量子产率是粒径为53nm的27.2倍。
3 、表面效应（界面效应）表面效应是指纳米颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后引起的性质上的变化。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
例如，粒径为10nm，比表面积为90m2/g；粒径为5nm，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm表面积猛增到450m2/g。
这样高的比表面积，使处于表面的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合而稳定下来。
4、宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒能力的效应称为隧道效应。
电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。
近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相关器件中的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观体系的势垒而产生变化，故称之为宏观的量子隧道效应。
这一效应与量子尺寸效应一起，将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者说它确定了现有微电子器件进一步微型化的极限。
5、介电限域效应随着纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加，其表面状态的改变将会引起微粒性质的显著变化。
例如，当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相对于裸露于半导体纳米材料周围的其他介质而言，被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜，从而导致它与裸露纳米材料的光学性质相比发生了较大的变化，这就是介电限域效应。
当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时，将产生明显的介电限域效应。
上述的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应都是纳米颗粒及纳米固体的基本特征，这一系列效应导致了纳米材料在熔点、蒸气压、相变温度、光学性质、化学反应性、磁性、超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。
它使纳米材料呈现出许多奇异的物理、化学性质。
四、纳米材料的发展与应用借助于纳米材料的各种特殊性质，科学家们在各个研究领域都取得了性的突破，这同时也促进了纳米材料应用的越来越广泛化。
1、特殊性能材料的生产材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。
高熔点材料的烧结纳米材料的小尺寸效应(即体积效应使得其在低温下烧结就可获得质地优异的烧结体(如SiC、WC、BC等，且不用添加剂仍能保持其良好的性能。
另一方面，由于纳米材料具有烧结温度低、流动性大、渗透力强、烧结收缩大等烧结特性，所以它又可作为烧结过程的活化剂使用，以加快烧结过程、缩短烧结时间、降低烧结温度。
例如普通钨粉需在3 000℃高温时烧结，而当掺入0.1%～0.5%的纳米镍粉后，烧结成形温度可降低到1 200℃～1 311℃。
复合材料的烧结由于不同材料的熔点和相变温度各不相同，所以把它们烧结成复合材料是比较困难的。
纳米材料的小尺寸效应和表面效应，不仅使其熔点降低，且相变温度也降低了，从而在低温下就能进行固相反应，得到烧结性能好的复合材料。
纳米陶瓷材料的制备通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。
由于纳米材料粒径非常小、熔点低、相变温度低，故在低温低压下就可用它们作原料生产出质地致密、性能优异的纳米陶瓷。
纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作2、生物医学中的纳米技术应用从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。
细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。
遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。
生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。
纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。
目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。
正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片和基因芯片(即DNA芯片等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。