纳米材料的特性
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用
纳米科技与材料纳米材料的特性与应用纳米科技与材料：纳米材料的特性与应用纳米科技是指在纳米尺度下研究和应用材料，其中纳米材料是纳米科技的核心之一。
纳米材料具有特殊的结构和属性，因此在各个领域都具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨纳米材料的特性及其应用领域。
一、纳米材料的特性纳米材料具有以下几个主要特性：1. 尺寸效应：当材料的尺寸缩小到纳米级别时，其性能表现会与宏观尺寸的材料有显著差异。
例如，纳米材料的比表面积相对更大，导致更多的原子或分子暴露在表面上，因此纳米材料具有更高的反应活性。
2. 量子效应：在纳米尺度下，由于粒子的量子行为显著影响了材料的电、磁、光等性能，从而产生新的特性。
例如，纳米材料的电导率、光学性质和磁性可能与宏观尺寸材料截然不同。
3. 界面效应：界面是纳米材料中不可忽视的因素之一。
纳米材料的界面与周围环境之间的相互作用对其性能具有重要影响。
界面性质的调控可以改变纳米材料的导电性、磁性和光学性能等。
4. 热力学效应：纳米材料由于其特殊的表面性质，可能造成不稳定的热力学状态，导致一系列与热力学平衡相关的现象发生，如相变温度的变化、熔点降低等。
二、纳米材料的应用领域1. 电子领域：纳米材料在电子器件中的应用正日益重要。
例如，纳米颗粒可以用于制备高效的太阳能电池；纳米线可以用于制作柔性电子器件；纳米薄膜能够改善电子器件的导电性能。
2. 光学领域：纳米材料具有特殊的光学性质，广泛应用于光学器件制备和光学传感器等领域。
例如，纳米粒子的表面等离子共振效应使其具有优异的荧光性能，可用于生物分析和生物成像。
3. 医学领域：纳米材料在医学领域有着广泛的应用前景。
纳米载体可以用于药物的传输和靶向给药；纳米生物传感器能够检测和监测生物分子；纳米材料也可以用于修复组织和组织工程等。
4. 能源领域：纳米材料在能源转换和储存领域有着重要应用。
纳米材料的高比表面积、导电性和导热性能使其成为高效能源器件的理想选择。
浅论纳米材料的特性及应用
浅论纳米材料的特性及应用纳米材料（Nanomaterials）是指至少有一条尺寸小于100纳米的尺度，无论是从纵向、横向和表面上来看，都表现出特殊性质的材料。
纳米材料具有巨大的比表面积、高的表面活性和优异的物理、化学和生物性能，这些与其微观结构、形态、成分等相关。
因此，纳米材料是当前研究的热点之一，也是各个领域中需要重点关注的关键材料之一。
本文将就纳米材料的特性及应用进行浅析。
纳米材料的特性1. 比表面积大：纳米材料具有巨大的比表面积，这是由于纳米尺度下，物质表面与体积比不断增大，因此比表面积增加。
跟传统的微米材料相比，纳米材料表面积增加了数倍或数十倍。
这也是纳米材料在催化、传感、吸附等应用中常常被用到的原因。
2. 物理、化学性质优异：在纳米材料表面存在的大量表面活性位点，使其物理、化学性质得到了显著提高。
纳米材料表面活性位点的数量增加，强度加强，表面性质集中，因此性能更稳定，催化效率更高，电化学活性更强等等。
3. 尺寸效应、量子效应：由于纳米材料尺寸在纳米以下，材料某些性质与材料本身的大小呈现出非线性关系，如吸收光波长的变化、激发能量的变化、输运特性的变化等。
这就是所谓的尺寸效应。
同时，当纳米材料具有能量量子化效应时，控制其尺寸、形态、组成等因素能够使其能带结构、光学响应和磁学等性质发生改变，进而调节其电学、光学、磁学性能。
纳米材料的应用1. 催化剂：纳米材料的高比表面积、表面活性位点及在某些纳米材料上出现的空间初始化的结构使得它们表现出高度优异的催化活性。
以Pt纳米材料为例，由于其高的催化活性，广泛应用于汽车尾气净化、电化学电极、燃料电池等领域。
2. 生物传感器：纳米材料特有的表面活性，催化作用以及生物兼容性等特性，可用于生物传感器的制备和应用。
纳米材料实现了对生物分子、细胞的高灵敏度、高特异性识别和检测。
著名的纳米生物传感器如Au纳米颗粒、石墨烯等。
3. 纳米药物：临床上长期以来一直致力于研究如何制备高质量、优异性能的新型药物，纳米材料作为药物载体在药物的输送过程中提高了药物的效应和减少了副作用。
纳米材料制备方法和特性
纳米材料制备方法和特性纳米材料是指具有纳米级别（1-100纳米）尺寸特征的材料。
由于其独特的尺寸效应和表面效应，纳米材料在物理、化学、生物和工程领域展示出了许多特殊的性质和潜在应用。
为了制备纳米材料，人们已经发展出了许多方法。
本文将介绍几种常用的纳米材料制备方法以及其特性。
一、纳米材料制备方法：1. 气相法：气相法是通过气体反应产生纳米材料的一种方法。
这种方法主要包括物理气相法和化学气相法。
物理气相法主要通过蒸发、凝聚、沉积等过程，将原子或分子沉积在基底上。
化学气相法则是在合适的气氛中，通过化学反应得到纳米材料。
气相法制备的纳米材料具有高纯度、均匀性好的特点。
2. 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是通过在溶液或胶体中控制凝胶的形成和成长来制备纳米材料。
该方法主要包括溶胶物种的制备、凝胶的形成以及热处理等过程。
溶胶-凝胶法制备的纳米材料能够通过调控溶液成分、温度、时间等参数来精确控制纳米材料的形貌、尺寸和结构。
3. 电化学法：电化学法是通过电化学反应来制备纳米材料的方法。
该方法主要包括溶液电解法、薄膜电解法和电沉积法等。
通过在电极上进行电解反应，可以使纳米材料在电极表面沉积、生长或析出。
电化学法制备的纳米材料能够得到高纯度、结晶度好的产品。
4. 机械法：机械法是通过机械力来制备纳米材料的方法。
常用的机械法包括研磨、球磨和高能球磨等。
通过高能球磨等机械作用，可以使粉体颗粒不断碰撞、摩擦、压缩以及断裂，从而得到纳米级的粉末。
机械法制备的纳米材料相对简单、成本低，并且适用于大规模生产。
二、纳米材料的特性：1. 尺寸效应：尺寸效应是指当材料的尺寸减小到纳米级别时，其性质会发生显著变化。
比如，纳米颗粒具有较高的比表面积，能够提高反应的速率，从而使催化剂的活性增强。
此外，纳米材料的光学、磁学和力学性质等也会因尺寸效应而发生变化。
2. 界面效应：界面效应是指纳米材料与其他物质之间的相互作用。
纳米材料具有大量的表面原子和分子，与外界环境的相互作用会显著影响其性质。
纳米材料的特性
纳米相材料在结构上与常规的晶态和非晶态体系有很大 的差别，表现为：小尺寸、能级离散性显著、表(界)面原子比 例高、界面原子排列和键的组态的无规则性较大等。这些特 征导致纳米材料的光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶 态的新现象。
纳米材料的光学性质
1、宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的金属光泽，表明它们对可见光 范围各种颜色(波长)的光的反射和吸收能力不同。而当尺寸减 小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。它们对可 见光的反射率极低，而吸收率相当高。例如，Pt纳米粒子的 反射率为1％，Au纳米粒子的反射率小于10％。这种对可见光 低反射率，强吸收率导致粒子变黑。
纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力 随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及 宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面 稳定性等不同于常规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。
§1. 纳米材料的热学性质
1、熔点显著降低
金纳米微粒的粒径与熔点的关系
35nm 15nm 8nm
纳米材料的热学性质 纳米材料的熔点降低、烧结温 度降低、晶化温度降低等热学性质 的显著变化来源于纳米材料的表
（界）面效应。
§2. 纳米材料的光学性质
纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物理的特征 玻尔半径以及电子的德布罗意波长相当时，小颗粒的量 子尺寸效应十分显著。与此同时，大的比表面使处于表
纳米材料的光学性质
如图：由不同粒径的CdS纳 米微粒的吸收光谱看出，随着微 粒尺寸的变小而有明显的蓝移。 体相PbS的禁带宽度较窄， 吸收带在近红外，但是PbS体相 中的激子玻尔半径较大(大于 10nm)，更容易达到量子限域。 当其尺寸小于3nm时，吸收光谱 已移至可见光区。
纳米材料特点
纳米材料特点纳米材料是指至少有一个尺寸在1-100纳米之间的材料，具有独特的物理、化学和生物学特性。
纳米材料的特点主要包括以下几个方面：1. 尺寸效应。
纳米材料由于其尺寸在纳米级别，因此具有明显的尺寸效应。
在纳米尺度下，材料的物理性质会发生显著变化，如光学、电子、磁性等性质会呈现出与宏观材料不同的特性。
这种尺寸效应使得纳米材料在光电子器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
2. 表面效应。
纳米材料的比表面积远大于宏观材料，这导致纳米材料具有更多的表面原子或分子。
这些表面原子或分子对材料的化学反应、吸附性能等产生重要影响，使得纳米材料在催化、吸附、分离等方面表现出独特的性能。
3. 量子效应。
量子效应是纳米材料的另一个重要特点，当材料的尺寸缩小到纳米级别时，量子效应会变得显著。
在这种情况下，电子和光子的行为将受到量子力学的影响，导致材料的光学、电子等性质发生变化。
因此，纳米材料在光电子器件、量子点显示器等方面有着独特的应用潜力。
4. 结构多样性。
纳米材料的结构多样性是指纳米材料可以呈现出多种不同的结构形态，如纳米颗粒、纳米管、纳米片等。
这些不同的结构形态使得纳米材料在材料科学、纳米技术等领域具有广泛的应用前景，如纳米颗粒在医药、催化剂等方面有着重要的应用价值。
5. 表面能量。
纳米材料的表面能量随着尺寸的减小而增大，这导致纳米材料具有较高的活性和化学反应性。
这种表面能量的增大使得纳米材料在催化、表面改性等方面具有独特的应用优势。
总之，纳米材料具有尺寸效应、表面效应、量子效应、结构多样性和表面能量等独特的特点，这些特点使得纳米材料在材料科学、纳米技术、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信纳米材料将会在未来发挥越来越重要的作用。
纳米材料的特性
6、纳米微粒分散物系的光学性质
纳米微粒分散于分散介质中形成分散物系(溶胶)，纳米微粒在这里又 称作胶体粒子或分散相。由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性使得 分散物系具有特殊的光学特征。例如，如果让一束聚集的光线通过这种 分散物系，在入射光的垂直方向可看到一个发光的圆锥体，如图所示。 这种现象是由英国物理学家丁达尔(Tyndal)所发现，故称丁达尔效应。这 个圆锥为丁达尔圆锥。
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现 象，即吸收带移向短波长方向。
例如，纳米SiC颗粒和大块SiC固体的红外吸收频率峰值 分别为814cm-1和794cm-1。纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大 块固体蓝移了20cm-1。
纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的红外吸收频率峰值 分别是949cm-1和935cm-1，纳米氮化硅颗粒的红外吸收频率比 大块固体蓝移了14cm-1。
CdSexS1-x玻璃的吸收光谱
曲线1所代表的粒径大于10nm 曲线2所代表的粒径为5nm
5、纳米微粒发光现象
当纳米微粒的尺寸小到一定值时可在 一定波长的光激发下发光。所谓光致发光 (photoluminescence)是指在一定波长光照射 下被激发到高能级激发态的电子重新跃回到 低能级被空穴俘获而发射出光子的现象。
固体材料的光学性质与其内部的微结构，特别是电子态、缺陷态 和能级结构有密切的关系。
纳米材料与常规固体材料在结构上差别很大，表现为： 小尺寸、能级离散性显著、表(界)面原子比例高、界面原子排 列和键的组态的无规则性较大等。这些特征导致纳米材料的 光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶态的新现象。
二、纳米材料的光学性质
激子的分类：
1) 弱束缚激子，亦称Wannier激子。此类激子的电子与空穴之间的 束缚比较弱，表现为束缚能小，电子与空穴间的平均距离远大于原 子间距。大多数半导体材料中的激子属于弱束缚激子。
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。
纳米材料的特性
纳米材料的特性
纳米材料具有许多独特的特性，这些特性使其在各种领域中都具有广泛的应用前景。
以下是一些常见的纳米材料特性：
1.尺寸效应：纳米材料的尺寸通常在纳米级别，相比于宏观材料，其尺寸效应显著，导致其性能和行为发生变化。
例如，纳米颗粒的大比表面积可以增强其化学反应活性和光学性能。
2.表面效应：纳米材料的表面积与体积之比较大，因此表面效应对其性质具有显著影响。
例如，纳米材料的表面能、吸附性和电荷分布等表面特性与宏观材料不同。
3.量子效应：在纳米尺度下，量子效应开始显现，如量子限制效应、量子点效应等，这些效应导致纳米材料在光学、电学和磁学等方面表现出特殊的量子性质。
4.机械性能：纳米材料具有优异的力学性能，例如高强度、高硬度、高韧性等，这些性能使其在材料强化、纳米机械器件等方面具有重要应用价值。
5.光学性能：纳米材料的光学性能受到量子效应和尺寸效应的影响，表现出独特的光学特性，如量子点荧光、等离子体共振、表面增强拉曼散射等。
6.电学性能：纳米材料具有优异的电学性能，如高导电性、高介电常数、量子隧穿效应等，使其在电子器件、传感器、能源存储等领域具有广泛应用。
7.热学性能：纳米材料的热传导性能通常比宏观材料更好，这归因于其大比表面积和量子限制效应，因此被广泛应用于热界面材料、热导电器件等领域。
纳米材料的这些特性使其在材料科学、纳米技术、生物医学、电子器件等领域具有广泛的应用前景，对于推动科学研究和技术创新具有重要作用。
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2 纳米材料的概述 (2)2.1相关概念的介绍 (2)2.2纳米材料的分类 (3)3 纳米材料的基本性质 (3)3.1表面效应 (3)3.2小尺寸效应 (4)3.3量子尺寸效应 (4)3.4宏观隧道效应效应 (5)4 纳米材料的特殊性能 (5)4.1力学性能 (5)4.2 电磁学性能 (6)4.3 热学性能 (6)4.4 光学性能 (7)4.5 分散体系动力学性能 (8)4.6 化学特性和催化性能 (10)4.7 生物学性能 (10)5 纳米材料的应用 (11)6 我国纳米材料研究的现状和产业化 (12)参考文献： (13)致谢 (14)纳米材料的特性摘要：本文简述了纳米、纳米材料的基本概念，纳米材料所具有的力学、电磁学、热学、光学、分散体系动力学、化学性和催化性、生物学的特性及其在我们的衣、食、住、行各个领域的应用，同时介绍我国纳米材料的研究现状和产业化。
关键词：纳米；纳米材料；纳米材料的特性；The characteristics of nano materialsAbstract：This paper briefly describes the basic concept of nano and nanometer materials. Nano material has the mechanics, electromagnetism, heat, light, decentralized system dynamics, chemical and catalytic, biology characteristic and in our food, clothing, shelter and transportation all application fields. Meanwhile introducing nanometer material research situation and industrialization in our country..Key words：Nano ；Nano materials；The characteristics of nano materials1.引言纳米是一个长度单位，9110nm -= ，1纳米约相当于45个原子串在一起的长度，或者是说一个纳米大体上相当于4个原子的直径，如果将1m 与1nm 相比，就相当于地球与一个玻璃球大小相比，人的一根头发直径约为80微米，即80000nm ，如果一个汉字写入尺寸为10nm ，那么在一根头发丝的直径上写入8000字，相当于一片较长的科技论文容量。
纳米技术正在慢慢地渗透到老百姓的衣、食、住、行各个领域，在现在和未来生活中，纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚，使人类的生存的条件更加优越。
2.纳米材料的概述2.1相关概念的介绍纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1 100nm 。
当一种材料进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生显著的变化。
纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。
纳米尺度大于原子和分子，而小于通常的块体材料，是处于微观体系与宏观体系之间的中间领域，是属于介观范畴。
纳米材料与纳米技术密切相关，纳米材料是纳米技术的基础，纳米材料的研究和研制中又包含了很多纳米技术。
虽然早在19世纪，在胶体化学的研究中，科学家就开始对直径处于纳米尺度的粒子系统的进行了研究，但真正有效的研究纳米粒子开始于20世纪60年代，早在1963年，研究人员就用气体冷凝法制备了金属纳米粒子，并且用电镜和衍射研究了它的形貌和晶体结构。
1986年Gleiter 等首次对纳米材料的结构和特性做了综合报道。
1970年7月在美国马尔的摩召开的第一届纳米科学技术（NST ）会议，可以作为纳米科学技术正式诞生的标志。
纳米材料的研究大致可分为三个阶段。
第一阶段（1990年以前），人们主要是在实验室里探索用各种手段合成纳米颗粒粉体或块体等单一材料和单相材料，研究评价表征纳米材料的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能；第二阶段（1990-1994年），人们关注的热点是如何利用纳米材料已经被挖掘出来的奇特物理、化学等性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合以及发展复合纳米薄膜；第三阶段（1994年到现在），纳米组装体系、人工组装合成的纳米阵列体系、接介孔组装体系、薄膜镶嵌体系等纳米结构材料体系越来越被受人们的关注，正在为成为纳米材料研究的新热点[]13-。
2.2纳米材料的分类方法主要有以下几种[]4，5。
按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。
其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。
按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维材料（比如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（比如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（比如介孔材料）。
按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体材料和纳米溶胶等）。
按功能，纳米可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等。
3.纳米材料的基本性质当材料的结构具有纳米尺度调制范围时，会出现小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米效应[]5,6。
3.1表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径的减小，纳米粒子的表面原子数、比表面积、表面能以及表面结合能都迅速增大。
表面原子处于裸露状态，周围缺少相邻的原子，有许多剩余键力，易与其他原子结合而稳定，具有较高的化学性能。
许多纳米金属微粒室温下在空气中就会被强烈氧化而燃烧。
很多催化剂的催化效率随尺寸减小到纳米量级而得以显著的提高。
如利用纳米粒径小、表面有效反应中心多、催化性能好等特性，在火箭固体燃料中掺加AI 纳米晶，可以提高其燃烧效率、选择性以及响应和恢复速率的得以显著提高。
纳米材料中界面原子所占的体积分数很大，它对于材料的性能的影响非常显著。
实际上，纳米材料的许多物性主要由界面决定。
低温超塑性是纳米材料的一个重要特性，普通陶瓷只有在1000℃以上，在小于一定的应变速率时才能表现出塑性，而许多的纳米陶瓷在室温下就会发生塑性变形。
这种纳米陶瓷增韧效应主要归因于大量界面的存在。
纳米材料的塑性变形主要是通过晶粒之间的相对滑移而实现的。
纳米材料中晶界区域原子扩散系数非常大，存在着大量的短程快扩散路径，正是这些快扩散过程使得变形过程中一些初发的微裂能够迅速的弥合，从一定程度上避免了脆性断裂的发生。
3.2小尺寸效应（体积效应）当纳米粒子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尺寸相当或比它们更小时，它的周期性边界条件被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能均会随着粒子尺寸的减小发生显著的变化。
这种因尺寸的减小而导致的变化称为小尺寸效应，也叫体积效应。
比如纳米粒子的熔点可远低于块状本体，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺；利用等离子的共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以通过改变颗粒的尺寸，控制吸收边的位移，构造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。
材料的硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增大，不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通的材料高4～5倍，比如纳米TiO 2的显微硬度为12.75kPa ，而普通的TiO 2陶瓷的显微硬度低于1.96 kPa 。
在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合，不仅可以大幅度的提高其断裂强度和断裂韧性，明显改善其耐高温的性能，而且能提高材料硬度、弹性模量、抗热震和抗高温蠕变等性能。
3.3量子尺寸效应量子尺寸效应是指纳米材料颗粒尺寸到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。
早在20世纪60年代Kubo 给出了能级间距δ与组成原子数N 之间的关系式：()3F E N δ=，F E 为费米能级。
对常规物体，因为包含有趋近无限多个原子，故常规材料的能级间距几乎为零，电子能级表现为准连续性；对纳米粒子，因含原子数有限δ有一定的值，即能级发生了分裂，当能级间距大于热能、磁能、光子能量或者超导态的凝聚态时，必然因量子尺寸效应导致纳米材料晶体的光、热、磁、声、电等与常规材料有明显的不同，如特异的光催化性、高度光学非线性及电学特征等。
3.4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，如微粒的磁化强度、量子相干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，故称之为宏观量子隧道效应。
量子尺寸效应、宏观量子隧道效应是未来微电子、光电子器件的科学基础，明确了现存微电子器件进一步微型化的物理极限。
以上四种效应是纳米粒子与纳米固体的基本特性，它使纳米粒子和固体呈现许多奇异的物理性质、化学性质。
一些反常现象如：金属为导体，但纳米金属微粒在低温时呈现电绝缘性；纳米磁化率是普通金属的20倍；化学惰性的金属铂制成纳米微粒（铂黑）后，成为活性极好的催化剂等。
4.纳米材料的特殊性能当材料的结构具有纳米尺度调制特征时，将呈现许多特异的性能[] 714-。
4.1力学性能纳米材料比粗晶体材料具有较高的硬度和强度，一般致密纳材料强度是常规材料的2～10倍，纯的纳米材料表现出其韧性，如陶瓷材料在通常情况下是脆的，然而纳米陶瓷材料却有良好的韧性；因纳米材料具有很大的界面和比表面积，界面原子在外力变形的条件下具有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化速度快，可降低烧结程度，并且表现出十分好的的韧性与一定的延展性，是陶瓷材料具有新奇的力学性质。
大量以纳米颗粒为原料的或添加料的超硬、高强、高韧、超塑性材料已经问世。
碳纳米管是近年来研究领域中十分活跃的纳米结构材料。
碳纳米管的质量约为钢的16，其强度则可达钢的数十倍，而且不能被轻易破坏。
例如，如果在其两端施加压力，碳纳米管会弯曲但其内部不会产生塑性变形。
当外力撤去时，碳纳米管会恢复到初始状态。
碳纳米管壁越薄，其杨氏模量越高。
4.2.电磁学性能纳米材料具有库伦阻塞效应等，纳米材料的比电阻比粗晶材料大，可能是由其宽晶界引起。
纳米材料的介电特性，纳米材料的介电常数或相对介电常数比常规材料的高，并随颗粒粒径的减小而降低。