纳米材料的特性与其在化学化工的应用
纳米科技在化学与材料中的应用
纳米科技在化学与材料中的应用在当今科技高速发展的时代，纳米技术作为一种热门的研究领域，得到了越来越多关注和重视。
其研究范围涉及到了众多领域，特别是在化学与材料领域中有着重要的应用。
本文将从纳米科技的基本概念出发，深入探讨纳米科技在化学与材料领域中的应用。
一、纳米科技的基本概念纳米科技是一种研究极小尺度物质的学科领域，也就是将一些小于100纳米的物质研究成为了这个领域的重要内容。
纳米材料的产生，具有很强的特殊性，他可以使得一种材料的物理、化学性质得到很大的改变。
在纳米科技中，一般分为两种类型：第一，是在尺度上达到纳米级别的新材料，包括一些纳米合金，纳米晶等；另一方面是传统材料表面的纳米化改造，包括纳米涂层，纳米织物等。
纳米科技的引入使得材料的性质得到了极大的发展，这为人类创造了更广泛的应用场景提供了新的途径。
二、纳米材料在化学领域中的应用1、催化化学催化化学是目前纳米科技领域最热门的研究方向之一。
纳米催化剂具有较高的比表面积、催化活性和稳定性，这些优异性能使得它们在各种化学反应中发挥着重要作用。
纳米金属的催化性能极为突出，例如金纳米颗粒在环烷加氢、硝基苯环的加氢等催化反应中的效率常常超过传统的催化剂。
另外，纳米氧化物也有着相似的性能，如二氧化钛纳米颗粒对voc的光催化降解等。
2、光电化学光电化学是光与化学反应过程的共存和相互作用。
在世界能源形势日益紧张的背景下，光电化学研究也变得越来越热门。
以光电化学电池为例，其研制过程中需要使用高效的光吸收剂以及具备卓越光电性能、高稳定性和寿命的催化剂，而纳米材料的使用能显著地提高光电化学电池的性能，且可开展的环境范围更广。
此外，纳米材料还可以作为光传导性材料、电子传导性材料以及纳米光学材料等方面的应用。
三、纳米材料在材料领域中的应用1、纳米线材料纳米线材料是一种具有线形结构，长宽比例高达几百倍的超细材料。
由于其结构的独特性，纳米线材料具有很强的电、光、功率电学等物理性质特性，可以应用于反锁锂离子电池、有机发光二极管、传感器等领域。
刍议纳米技术在化工生产中的应用
刍议纳米技术在化工生产中的应用随着科学技术的不断进步，纳米技术已经成为科技界研究的热门话题之一。
纳米技术是一种新材料技术，是专门用于制造和操纵物质特性的技术。
在化工生产中，纳米技术的应用正在逐渐展示出其巨大的潜力。
本文将从三个方面来探讨纳米技术在化工生产中的应用。
一、纳米技术在催化剂领域的应用催化剂是化工反应中不可或缺的重要角色，目前主要依赖于人工制造的催化剂，具备稳定性、效率等特点。
然而传统的催化剂对于反应的催化作用通常是均匀的，效率较低，催化剂的生产周期时间长且难以控制。
纳米催化剂的开发–远超传统催化剂，因为其小的尺寸，可增加表面积和反应活性。
这使得纳米催化剂对反应的催化效果更加精准和高效。
例如，利用纳米技术开发出的铂纳米颗粒催化剂在同样的质量下，相比传统的铂催化剂，效率可高出20倍以上。
二、纳米技术在涂层领域的应用涂层技术在化工生产中是非常普遍的一种技术，涂层具有保护产品表面、增强产品耐久性和美化产品外观的作用。
而纳米材料的制备和应用，可以使得涂层更加均匀、细致、并且具有较高的耐久性和多功能性。
例如采用纳米颗粒制备难熔合金的涂层，在高温环境下仍然能够保持稳定，同时防腐能力也得到了提升。
这些性质使得纳米技术在航空航天、汽车制造等领域广泛应用。
三、纳米技术在新材料研发中的应用随着现代化科技的突破，化工行业越来越需要新型的材料来满足不断增加的需求。
而纳米技术则为新材料的研发提供了技术支持和核心技术。
通过纳米技术的制备，可获得非常小的纳米结构体材料，例如碳纳米管、纳米结构钢板等。
这些材料具有轻、坚固、高温高压耐性能良好的特点，使得它们可以广泛应用于电子设备、航空航天等领域，对整个经济产业的提升也是至关重要的。
综上，纳米技术是化工行业的重要支柱，能够为传统产业带来更加精准、高效的技术，并能随时响应新材料的需求，以此来推动化工产业的发展。
当然，目前纳米技术面临许多的挑战，例如技术成本高、实验条件复杂等因素，需要科技界人士的不懈努力来发展和完善。
纳米材料在化学化工领域的应用
纳米材料在化学化工领域的应用姓名王楠学号************专业年级高分子材料与工程2011级2014年5月前言纳米材料是指在纳米量级（1～100 nm）内调控物质结构制成具有特异功能的新材料，其三围尺寸中至少有一维小于100 nm，且性质不同于一般的块体材料。
其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，在电子、能源、生物、材料、航空航天、化学化工等领域都发挥了巨大作用，对人类和社会也产生了重大的影响。
纳米材料的应用前景十分广阔，在化学化工中的应用，主要是新型催化剂、材料防腐、环保领域等，对整个社会和人类的发展起到了巨大的推动作用。
1.纳米材料在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应速度和反应效率，节省了资源，使经济效益提高，并且降低了环境污染。
1.1光催化反应纳米粒子作光催化剂具有粒径小、粒子达到表面数量多、光催化效率高、纳米粒子分散在介质中具有透明性、容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移，以及纳米粒子光催化剂易受氧化还原的影响等特点。
采用TiO₂进行苯酚的光催化分解，当颗粒尺寸小于16nm时会出现明显的量子尺寸效应，其UV吸收明显蓝移，催化活性也有明显提高。
将纳米TiO₂涂在高速公路照明设备的玻璃罩表面上，由于光催化活性高，可以分解表面的油污，从而使表面保持良好的透光性。
1.2氢催化反应在纳米碳管上负载铑膦配合物作为丙烯加氢甲酰化催化剂，可得到高的丙烯转化活性及高的丁醛选择性，这可能是与碳纳米管的纳米内腔的空间立体选择性及由碳六元环构成的憎水性表面相关引起的。
采用尺寸为5nm的纳米钯负载于TiO₂上进行己烯催化加氢反应，在常温常压下就可100% 的转化为己烷，而用普通的钯催化剂在同等条件下只能得到29.17% 的己烷、21.16% 的己烯异构体和48.17% 的1-己烯。
1.3其他催化反应中纳米材料的应用在火箭发射用固体燃料推进剂中，添加约 1 wt% 的超细铝或镍颗粒，每克燃烧的燃烧热可增加一倍。
纳米材料在塑料和化工生产中的应用
纳米材料在塑料和化工生产中的应用纳米材料广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的材料的总称。
由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。
80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。
它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。
纳米材料的应用前景十分广阔。
近年来，它在塑料和化工生产领域也起到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
一、纳米材料在塑料生产中的应用1、二氧化硅在热塑性塑料中的应用热塑性塑料是指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯、聚丙烯等。
热塑性塑料应用广泛，往往通过添加无机颗粒降低塑料制品的成本，同时还可以将颗粒超微细技术和表面改性技术应用到塑料中，对通用塑料还能起到增强增韧性和功能化的作用。
传统的对塑料增韧的方法是在基体中加入橡胶类物质，该法虽然使材料的韧性大幅度提高，但同时也使材料的强度及加工性能等大幅度下降。
气相法白炭黑增韧塑料的增韧原理是无机刚性粒子增韧，它被添加到塑料中后，可以在不削弱材料刚性的前提下提高材料的韧性，甚至还能提高材料的刚性。
Mouzheng Fu等在EV A中添加一定量的气相二氧化硅可以明显地提高限氧指（LOI），并且可以在保持UL-94测试为V-0级时，减少氢氧化镁的添加量。
通过锥形量热仪（CCT）数据表明气相二氧化硅的添加不仅可以大幅度的减少热释率和失重率，而且可以抑制EV A/MH共混体在燃烧时的烟释放率。
通过在EV A/MH共混体中添加气相二氧化硅并且减少总的填充量，在阻燃性能不变的情况下，其断裂伸长率可以提高一倍。
纳米技术在化工中的应用前景
纳米技术在化工中的应用前景在当今科技飞速发展的时代，纳米技术作为一项具有革命性意义的前沿科技，正逐渐在各个领域展现出其独特的魅力和巨大的应用潜力。
化工领域作为现代工业的重要支柱之一，也不例外地受益于纳米技术的不断创新和发展。
纳米技术为化工行业带来了前所未有的机遇，从材料改进到生产工艺优化，从产品性能提升到新应用的开拓，其影响广泛而深远。
纳米技术，简单来说，就是在纳米尺度（1 纳米到 100 纳米之间）上对物质进行研究和操作的技术。
在这个尺度下，物质的物理、化学和生物学特性会发生显著的变化，从而赋予了纳米材料独特的性能。
在化工材料方面，纳米技术的应用为传统材料带来了质的飞跃。
以纳米复合材料为例，将纳米粒子添加到聚合物中，可以显著提高材料的强度、韧性、耐热性和耐磨性等性能。
比如，在汽车制造中，使用纳米复合材料制造的零部件，不仅能够减轻车身重量，提高燃油效率，还能增强零部件的耐久性和可靠性。
纳米技术还为催化剂领域带来了新的突破。
传统的催化剂往往存在活性低、选择性差、易失活等问题。
而纳米催化剂由于其高比表面积和独特的表面电子结构，表现出了更高的催化活性和选择性。
例如，在石油化工中，纳米催化剂可以更高效地进行加氢、脱氢等反应，提高油品质量和生产效率。
同时，纳米催化剂还具有更好的稳定性和可重复使用性，降低了生产成本和环境污染。
在化工生产工艺方面，纳米技术也发挥着重要的作用。
纳米膜技术的出现，使得分离和过滤过程更加高效和精确。
纳米膜具有孔径小、孔隙率高、选择性好等优点，可以实现对小分子和离子的高效分离。
这在海水淡化、废水处理、药物提纯等领域具有重要的应用价值。
另外，纳米技术还促进了化工过程的微型化和集成化。
纳米级的反应器和传感器可以实现对化学反应的精确控制和实时监测，提高生产过程的安全性和稳定性。
例如，利用纳米传感器实时监测反应体系中的温度、压力、浓度等参数，可以及时调整反应条件，优化生产工艺，减少副反应的发生，提高产品的质量和收率。
化学工业中的纳米技术
化学工业中的纳米技术随着纳米科技的不断发展，其已经深度渗透到我们生活的各个领域。
其中，化学工业可能是应用最广泛的一个领域，其应用范围涉及到材料、药物、新能源等等。
在化学工业中，纳米技术的应用可以带来很多优势，下面将介绍化学工业中纳米技术的应用。
纳米晶体和纳米管纳米晶体和纳米管是化工领域中纳米材料的代表。
纳米晶体是一种典型的纳米材料，在化学反应中具有很好的催化活性。
由于纳米晶体的尺寸极小，其表面积非常大，可以提高反应物和催化剂之间的接触面积，从而增加反应速率和降低反应温度。
纳米管是另一种典型的纳米材料，其具有很好的电导率和热导率，并具有优异的力学性能和生物相容性。
因此，纳米管可以在电子器件、传感器、组织工程和药物开发中得到广泛的应用。
纳米涂层纳米涂层是一种将纳米粒子加入到涂料中，通过涂覆的方式将纳米材料分散在表面的涂层。
纳米涂层具有很好的防水、耐热、耐刮和防腐等特性。
此外，纳米涂层在涂装汽车、飞机、船舶和建筑物等方面也得到了广泛应用。
例如，疏水纳米涂层可以将水从表面滚落，改善抗水性能。
纳米药物纳米药物是指通过纳米技术生产的用于治疗疾病的药物。
纳米药物具有小尺寸、大表面积、高量载和可控自组装等特性。
这些特性使纳米药物在药物输送方面具有优异性能，可以提高药物的溶解度和生物利用度，并减少药物对正常细胞的毒性。
纳米药物在肿瘤治疗方面有着广泛的应用，可以实现靶向性治疗，提高治疗效果并减少治疗副作用。
纳米催化剂纳米催化剂是将纳米技术应用于催化反应中的一种催化方法。
与传统催化剂相比，纳米催化剂具有高催化效率、更强的催化活性和选择性，可以提高反应速率、节约催化剂用量，并减少催化剂生成的有害废物。
纳米催化剂在化学工业中得到了广泛的应用，可以用于生产化学品、合成医药和精细化工等方面。
纳米电子材料纳米电子材料是指通过控制纳米材料的结构和形貌制备出来的材料，其具有具有优异的电子储存能力和导电性能。
纳米电子材料在电子器件中具有很好的应用前景，可以用于制造柔性电子和穿戴式电子等领域。
纳米技术在化学化工中的应用及其安全性分析
纳米技术在化学化工中的应用及其安全性分析
摘要 纳米技术是近几年来在材料科学、生物医学、环境科学以及化学化工等多个学科领域迅速发展起来的一种新的学科，它主要是指在物质结构中尺寸在1~100nm范围内的纳米级物质，以及其所表现出的与宏观物质完全不同的特性。目前，纳米技术已经广泛地应用于多个领域，包括生物医学、环境科学、材料科学、化学化工等，同时也为未来技术发展提供了新的方向。纳米材料具有特殊的物理性质和化学性质，在材料性能方面有很大的优势。将纳米材料应用于化学化工中，不仅可以提高化学化工产品的性能，同时也能够实现节能环保的目标。目前，纳米技术已经广泛地应用于化学化工中，未来它将在很多方面发挥重要作用。
关键词：纳米技术；化学化工；安全性 引言 纳米技术是20世纪80年代末期出现的一种新技术，主要是指利用纳米尺寸的粒子或纳米结构来制作各种新型的功能材料，其应用范围非常广泛。纳米技术的发展对于世界经济、社会以及人类发展都具有重要意义，同时也为未来化学工业的发展提供了新的方向。纳米材料具有很强的化学活性和独特的物理特性，可以有效地提高传统产品的性能。目前，纳米材料在很多领域都得到了广泛的应用，并取得了良好效果。在化学化工中应用纳米技术可以提高产品质量，并具有很好的节能环保效果，目前已经成为一种趋势。本文主要对纳米技术在化学化工中的应用及其安全性进行分析，希望能够为相关工作者提供参考和借鉴。
一、纳米技术在化学化工中的应用 纳米材料是一种具有特殊性质的材料，其尺寸在1~100nm范围内，因此在化学化工领域得到了广泛的应用，并取得了很好的效果。目前，纳米技术主要应用于材料合成、表面改性、催化剂研制、加工设备等方面。将纳米材料应用于化学化工中，可以有效提高化学化工产品的性能，同时也可以实现节能环保的目标。
目前，纳米技术已经广泛地应用于化学化工中，如催化剂的研制、生产等。纳米技术可以对催化剂进行表面改性，使其表面形成纳米级颗粒，从而提高催化剂的活性和选择性。另外，纳米技术还可以改善催化剂的稳定性和抗腐蚀性等性能。在催化剂制备方面，纳米技术也得到了广泛的应用。通过将催化剂微粒化或微细化，可以改善催化剂的催化活性、稳定性以及抗腐蚀性等性能。目前，纳米技术在化学化工中主要应用于石油化工、金属冶炼等行业中。
纳米材料在分析化学中的应用研究
纳米材料在分析化学中的应用研究近年来，随着纳米材料的不断发展，其在分析化学中的应用也受到越来越多的关注。
纳米材料具有独特的物理和化学性质，可以增大物质的表面活性，在一定程度上改变其化学组分。
而这些特性，使纳米材料成为分析化学研究的重要工具。
首先，纳米材料有助于检测微量物质。
以常用的纳米颗粒为例，采用纳米技术可以改变尺寸，质量，结构和功能，从而有效检测物质的微量变化。
这样，纳米材料可以帮助检测比一般分析方法更小的物质量。
此外，纳米材料可以具体、精细地检测水质及其他两性物质的分布情况，从而可以直接确定水体的污染源以及污染的性质。
其次，纳米材料还可以有效检测一些细菌及病原体。
目前，纳米技术正在广泛应用于病原体检测中，可以实现快速有效的识别和快速检测微生物。
研究显示，纳米材料也可以有效检测特异性和染色体，可以建立更加精确的微生物分析模型，从而准确识别出潜在的病原体。
此外，纳米材料还可以用于检测环境因子。
环境污染的检测是分析化学研究的一个重要组成部分。
纳米材料的快速识别和分析性能，可以有效检测空气污染物，水质及土壤中的毒性物质，从而可以更准确的预测环境污染的生态危害程度。
最后，纳米材料还可以用于药物检测及疾病诊断。
纳米技术可以用于识别和评估药物分子，可以快速检测和分析活性成分，从而有助于药物的研发及分析。
此外，纳米材料也可以广泛应用于免疫检测及疾病诊断，可以更快更准确地识别影响人体健康的潜在放射性元素，从而可以更早发现疾病，避免病情发展。
综上所述，纳米材料是目前分析化学研究的重要工具，具有多重优势，可以有效应用于物质检测、环境监测、药物检测及疾病诊断等方面。
未来，纳米技术将进一步发展，其在分析化学研究中的应用将更加广泛。
纳米材料及其应用
３ 结 束语
总之 ，纳米材料作为新世纪最有发展前景的新兴学科 ，世界各国都 已投入大量的人力和财力进行各个层次的研究 ，并且取得了许多成果 。 正如钱学森先生在上世纪所言 ：纳米左右和纳米以下 的结构将是下一 阶 段科技发展的特点 ， 是一次技术革命 ， 会 从而将是２世纪的又一次产业 １
１ 纳米材 料 的特性
纳米是英文ｎｍ ｍｅ ｒ ａ ｏ ｔ 的译音 ，是一 个物理学上的度量单位 ，１ ｅ 纳米 是１ 米的十亿分之一 ，相 当于４ 个原子排列起来 的长度 。纳米是一个尺 ５ 度概念 ，并没有物理 内涵。当物质到纳米尺度 以后 ，大约是在１ ０ 纳 ～１０ 米这个范围空问，物质的性能就会发生突变 ，出现特殊性能。这种既具 不同于原来组成的原子 、分子 ，也不同于宏观的物质 的特殊性能构成的 材料 ，即为纳米材料 。 纳米材料有以下独特特性 ： １ ）小尺寸效应 。当微粒光波波长 、德布罗意波长以及 超导态 的相 干 长度或透射深度等的物理特征尺寸相近或更小 的时候 ，符合周期性 的 边界 条 件 受 到破 坏 ，因此 在 光 、热 、电 、声 、磁 等 的 物 理特 性 方 面都 会 出现一些新的效应 ，称为小尺寸效应。 ２）表 面与界而效应 。纳米微粒的表而积很大 ，在表 面的原子数 目 所 占比例很高 ，大大增加 了纳米粒子 的表面沿Ｉ 生；表面粒子的活性不但 引起微粒表面原子输运和构型的变化 ，同时也引起表面电子 旋构象和 电子能谱 的变化 。 ３ ）量子尺寸效应 。当粒子尺寸降低到某一值时 ，费米能级附近的 电子能级由准连续变为离散能级 的现象 ，当能级间距 大于热能 、磁能 、 静磁能 、静 电能 、光子能量或超导态的凝聚能时 ，量子尺寸效应能导致 纳米粒子的磁 、光 、电、声、热 、超 导等特性 显著不 同。 ４）宏观量子隧道效应。微观粒子具 有贯穿势垒 的能力称为隧道效 应。小尺寸效应 、 表面界面效应 、量子尺寸效应和量子隧道效应 ，都是 纳米粒子与纳米固体材料的基本特性 ，是纳米微粒和纳米固体 出现与宏 观 特性 “ 反常 ” 的原 因。
纳米材料的催化剂材料及其应用
纳米材料的催化剂材料及其应用纳米材料，指的是晶粒大小在1~100纳米范围内的材料。
与传统材料相比，纳米材料具有更大比表面积、更高表面活性、更短扩散距离、更高光学吸收和荧光等特性，因此具有许多传统材料所没有的性质和应用。
其中，纳米材料在催化领域中的应用备受关注。
催化剂是指能够加速化学反应速率而本身不参与反应的物质。
催化剂广泛应用于燃烧和化学工业、制药和石油化工等领域。
以硫酸为例，如果不添加催化剂，其化学反应速率将非常缓慢，甚至需要数小时操作才能完成。
而通过添加催化剂，反应速率可以大幅度提高，同时还可以节省时间和成本，提高产量和纯度。
纳米材料在催化剂领域中的应用，主要体现在两个方面：一是纳米材料本身能够作为催化剂，二是纳米材料可以作为催化剂的载体。
一、纳米材料本身作为催化剂纳米材料具有大比表面积、高表面活性和成分均匀等特性，因此在化学反应中能够发挥良好的催化效果。
例如，在氧化反应中，金属氧化物纳米颗粒具有高加成活性和选择性，因此可以作为催化剂用于氧化反应。
此外，纳米材料还可以作为光催化剂用于光化学反应。
二、纳米材料作为催化剂的载体在实际生产中，纳米材料通常作为催化剂的载体，即将金属、半导体等纳米材料与其他活性成分组合，制成复合催化剂。
这些纳米材料作为载体能提高活性组分的分散度和稳定性，同时又可以发挥自身的催化效果，从而提高催化剂的活性和选择性。
例如，将纳米氧化锌作为载体，组装成纳米钴催化剂，可以用于气体转化化学反应。
纳米材料作为催化剂载体时，其造粒状态会对催化剂的活性产生影响。
一般来说，较小的纳米颗粒能够提高化学反应速率，但对反应特异性影响较小；而较大的颗粒则更具选择性，但对催化活性影响较弱。
纳米材料作为催化剂载体还具有许多优点，如表面积大、比表面能高、成分均匀、催化效率高、稳定性强等。
因此，纳米材料作为催化剂载体的应用前景非常广阔，包括生产化学品、催化裂解石油、改良汽车排放控制系统、生产环保材料和开发高效化学反应等领域。
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纳米材料的特性与其在化学化工的应用关键词:纳米材料；特殊性质；化学化工；应用摘要：纳米科技的发展，将促进人类对客观世界认知的革命。
人类在宏观和微观理论充分完善之后，在介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头。
纳米科技也将促进传统科技“旧貌换新颜”。
它的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。
该领域可大致包括纳米材料学、纳米化学、纳米计量学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米力学等7个新生学科，这里主要介绍纳米材料的特性与其在化工领域中的几种应用。
正文纳米材料（又称超细微粒材料、超细粉末）是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，纳米材料处在原子簇和宏观物体交界过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，显示出许多奇异的特性。
一．纳米材料的特性纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，晶界原子达15%～50%，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质。
所有的纳米材料具有三个共同的结构特点：即纳米尺度结构单元、大量的界面或自由表面以及纳米单元之间存在着强或弱的交互作用。
●表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。
●小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及- 1 - / 8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；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的效应，称为小尺寸效应。
●量子尺寸效应当粒子尺寸下降到接近或小于某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续态变为离散能级态的现象和纳米半导体微粒存在能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
它会导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。
●宏观量子隧道效应电子具有粒子性又具有波动性，具有贯穿势垒的能力称为隧道效应，对于一些宏观物理量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。
二、纳米材料的基本物理化学特性当常态物质被加工到极其微细的纳米尺度时，会出现特异的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等，其光学、热学、电学、磁学、力学、化学等性质也就相应的发生十分显著的变化。
●力学性质与传统材料相比，纳米结构材料的力学性能有显著的变化。
常规多晶式样的屈服应力H(或硬度)与晶粒尺寸d符合Hall-Petch关系，即：H=H VO+Kd-1/2其中，H VO一常数；K 为一正常数。
纳米晶体材料的超细及多晶界面特征使它具有高的强度与硬度，表现为正常的Hall-Petch关系、反常的Hall-Petch关系和偏离Hall-Petc h关系，即强度和硬度与粒子尺寸不呈现性关系纳米材料不仅具有高强度和硬度，而且还具有良好的塑性和韧性。
且由于界面的高延展性而表现出超塑性现象。
从上面的公式可以看出，纳米粒子的力学性能和粒子尺寸密切相关，粒子越小，硬度越大。
因此纳米陶瓷材料、金属-陶瓷等复合纳米材料的应用- 2 - / 8前景十分广泛。
●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。
对于金属与非金属复合成的纳米颗粒膜材料，改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体；具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用。
●光学性质纳米粒子一个最重要的标志是尺寸与物理的特征量相差较大。
表面效应和量子效应对纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的新的光学特性。
（1）光吸收特性。
纳米材料有宽频带强吸收的特性，具体表现为对于光的不透射性和不反射性。
在外观上，对金属而言，纳米粒度大，则纳米微粒的颜色较灰和浅黑，随着纳米级粒度减小，均趋向黑色，纳米级粒度越小，黑色深度越大。
（2）光谱迁移性。
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。
在一些情况下，粒径减小至纳米级时，可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象，即吸收带移向长波长。
（3）光催化性能。
光催化是纳米半导体独特的性能之一。
这种纳米材料在光的照射下，能把光能转化为化学能，促进有机物的合成或使有机物降解。
（4）其他光学性能。
除上述特征外，纳米材料的荧光性能、纳米半导体的光吸收特性、纳米微粒强烈的反射红外线的功能、纳米微粒对紫外光很强的吸收能力、纳米晶体的光电转换特性等光学性能都有自己新的特点，不同于常规材料。
●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、- 3 - / 8界面原子耦合作用变弱的结果。
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
故在储热材料、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。
磁学性质纳米材料的磁性特征是奇异的超顺磁性和较高的矫顽力，较低的居里温度，另一个特征就是磁致性，即磁致冷和磁致电阻，研究表明，含纳米铁磁性相钆镓石榴石具有较高的磁致冷温度。
纳米粒子的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等使得它具有常规粗晶体材料所不具备的磁特性。
对用铁磁性金属制备的纳米粒子，粒径大小对磁性的影响十分显著，随粒径的减小，粒子由多畴变为单畴粒子，并且稳定磁化过度到超顺磁性。
这是由于在小尺寸下，当各向异性能减少到与热动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，磁化方向作无规律变化，结果导致超顺磁性的出现。
三、纳米材料在化学化工领域中的应用1.纳米材料作为催化剂催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性；三是降低反应温度。
纳米粒子催化剂是一个新的领域，国际上称它为第四代催化剂。
纳米粒子由于表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。
纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。
纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
（1）纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。
分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可- 4 - / 8近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。
在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
具体应用实例有：纳米TiO2光催化的抗菌性能不断被人们开发利用，抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂层、抗菌纤维和抗菌日用品等也相继出现；还有在净化空气方面的应用也很广泛，TiO2光催化氧化处理有机污染物与无机污染物，光催化降解水中有机磷农药，半导体氧化物光催化裂解水制氢等。
（2）金属纳米粒子的催化作用应用也很广。
超细Pt粉是高效的氢催化剂；超细Ag粉可以作为乙烯氧化的催化剂；超细Fe可在气相热分解（1000～1100℃）中起成核作用而生成碳纤维；Au 超微粒子负载在Fe2O3、Co3O4、NiO中在70℃时就具有较高的催化氧化活性；负载有 1 nmRh的催化剂可使难以打开的烯烃双键顺利进行氢化反应。
金属复合纳米材料具有更强的催化选择作用，以粒径小于100 nm的镍和铜-锌合金的纳米颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氢化的效率达到传统镍催化剂的10倍，纳米的Fe、Ni与γ-Fe2O3混合经烧结可以代替贵金属而成为汽车尾气净化的催化剂。
2.在材料表面防腐及功能化中的作用纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。
表面涂层技术也是当今世界关注的热点。
借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性，为涂层材料的组成和性能改善提供了有利条件，使得材料的功能化具有极大的可能。
涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。
结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改借性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。
结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。
在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防- 5 - / 8紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用；在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的；在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有Fe2O3、TiO2和ZnO等。
这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。
纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。
在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。
纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。
在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。
还有包含纳米微波涂层、纳米光学及红外灯涂层技术的复合结构涂层—纳米隐身材料在航天航空等与军事有密切关系的领域有很广的应用。
纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.纳米陶瓷材料增韧改性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。
随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生。
所谓纳米陶瓷 ,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料 ,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。