以上我们介绍了纳米技术及其应用，从而使我们了解到了纳米技术是多么的神奇。但是，在纳米的世界里，还有一种物质被称为纳米材料，它在纳米的世界里也有着举足轻重的地位。那么，它究竟是怎么样的一种物质呢？
纳米材料是指会产生物理化学性质显着变化的细小微粒，它的尺寸在0.1微米以下，也就是在100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也就是我们通常所说的纳米材料。
第一节纳米材料的特性
1.表面与界面效应
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。也就是说，纳米晶体粒表面的原子数越多，它排列开时所占的界面就越大。例如纳米晶体粒子的直径为10纳米时，微粒包含有4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。粒子直径变小，其晶体表面原子数量就会相应增多。那么，这种效应对纳米材料有什么影响呢？对于不同的纳米材料，由于构成它的原子大小不一样，因此它的表面比也就不一样，因而它所具有的特性也不一样。例如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子则会吸附气体等。
2.小尺寸效应
我们知道纳米材料非常微小，当它的微粒尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等具有物理特征的尺寸相当或者更小时，就会发生小尺寸效应，也就是说它的周期性边界将被破坏，使它原本所具有的声、光、电、磁、热力学等特性呈现出“另类”的现象。
当铜颗粒达到纳米尺寸时就会失去原来的导电性能，变得不能导电；而原本绝缘的二氧化硅颗粒，当它的尺寸小到20纳米的时候反而会具有导电性能；原本性能很脆的高分子材料，在加入纳米材料而制成刀具后，它的硬度会比金刚石制品还要坚硬！由于纳米材料具有这一特性，人们可以利用它，高效率地将太阳能转变为热能、电能，并且还能把它应用到红外敏感元件、红外隐身技术上等。
3.量子尺寸效应
什么是量子尺寸效应呢？它是指当粒子的尺寸达到纳米量级时，原来粒子所具有的能量会出现分级的现象，当这些能量级的间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，就会出现纳米材料的量子效应。这一效应能够使它的磁、光、声、热、电以及超导电性能发生变化。例如，某种金属的纳米粒子吸收光线能力非常强，在重1千克左右的水里只要放入千分之一的这种粒子，水就会变得完全不透明了。这就是这种粒子的能量发生了变化，使原本清澈的水变得浑浊了。
4.宏观量子隧道效应
纳米粒子的磁化强度具有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒（积累空间电荷的区域）而产生变化，这就是纳米粒子的宏观量子隧道效应。
我们知道纳米材料的4个特征后，那么，纳米材料有哪些分类呢？纳米材料的分类有很多种，从它的形态上来分主要包括纳米微粒、纳米薄膜（多层膜和颗粒膜）、纳米固体等；从应用上来分主要有高分子纳米生物材料、纳米陶瓷材料以及纳米复合材料等。下面我将就这两方面的分类分别对它们进行阐述。
第二节体态标志纳米材料的形态
根据纳米材料所存在的不同形态可将它划分为纳米微粒、纳米薄膜（多层膜和颗粒膜）、纳米固体等。那么，它们分别有什么特征和应用呢？
1.纳米微粒
纳米微粒是纳米体系中的典型代表，它一般为球形或类球形，它的形态与它的制备方法有密切的关系，属于超微粒子范围，一般在1纳米～1000纳米。由于纳米微粒的尺寸小、比表面大且具有量子尺寸效应等，因此它具有不同于常规固体材料的新特性，并且与传统材料科学中的尺寸效应也有一定的差异。例如，当纳米微粒的尺寸减小到数个至数十个纳米时，原来是良导体的金属会变成绝缘体，原是典型的绝缘体会变成导体，原为ｐ型的半导体可能变为ｎ型等。常规固体在一定条件下其物理性能是稳定的，而在纳米态下其性能就受到了颗粒尺寸的强烈影响，出现幻数效应。从技术应用的角度讲，纳米颗粒的表面效应等使它在催化、粉末冶金、燃料、磁记录、涂料、传热、雷达波隐形、光吸收、光电转换、气敏传感等方面有着巨大的应用前景。因此，纳米微粒是纳米材料中应用最广泛的一类。
此外，根据纳米微粒的特性可以把它分为3种类型。自然形成的，例如火山喷发产生的微细颗粒；偶然产生的，例如引擎在燃烧燃料时产生的废气；人工设计制造的，例如为了使用而专门制造的。同时，根据它的可溶性又可以把它分为可溶和不可溶两类，后一类在被释放到环境中后会产生很大的潜在毒理学影响。
对于自然形成的和偶然产生的纳米微粒，它们是由单个原子组合成为全新的化合物，原本在自然界中是不存在这些化合物的，但是，环境变化后，这些大颗粒对等物就会变成纳米级的小颗粒。有些纳米微粒是“固定的”，即被包含在某种材料之中，而其他的纳米微粒则是“自由的”，可以被释放到自然环境中。
人工设计制造的纳米微粒，一般是为了满足某方面的需要而将通常使用的普通材料，如碳、金属氧化物和贵金属等按照一定的比例，从较大的颗粒缩小为较小的微粒，从而使它原有的性质发生改变，成为我们所需要的材料。
2.纳米薄膜
我们见过普通的薄膜，但是纳米薄膜还是头一次听说吧！那么，什么是纳米薄膜呢？它指的是由纳米晶粒组成的准二维系统，约占界面组成元件的50%，所以能够显示出与晶态、非晶态物质均不相同的崭新性质。例如，纳米晶硅膜具有热稳定性好、光吸收能力强、掺杂效应高、室温电导率可在大范围内变化的优点。因此，相关专家认为，纳米薄膜将在压阻传感器、光电磁器件及其他薄膜微电子器件中发挥重要作用。
此外，根据纳米薄膜的不同的特殊性质，可以将它分为两大类。
首先是含有纳米颗粒与原子团簇一类的基质薄膜；其次是纳米尺寸厚度的薄膜。这两种不同的纳米薄膜分别具有不同的作用，根据它们彼此所具有的特性的不同，能够将它们应用到不同的领域。比如，有的可以作为存储材料使用，有的可以作为其他用途来用等。
既然纳米薄膜具有这么多的优点，那么，它的应用到底有哪些呢？纳米薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料，如果按照它的用途来分，还可以把它分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜两大类。前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁等方面的特性，通过复合使新材料具有原材料所不具备的特殊功能。后者主要是通过纳米粒子复合，提高材料在机械方面的性能。纳米粒子的组成、性能、工艺条件等参量的变化都对复合薄膜的特性有显着影响，因此可以在较多自由度的情况下人为地控制纳米复合薄膜的特性，获得所需要的材料。
另外，由金属所形成的纳米薄膜称为纳米多层膜，它是指由一种或几种金属或合金交替沉积而形成的结构交替变化的薄膜材料，并且各层金属或合金厚度均为纳米级，它也是纳米复合薄膜材料的一种。
组成这类薄膜的纳米材料可以是金属半导体、绝缘体、有机高分子等材料，它们的组合方式可以有许多种，金属和半导体、金属与绝缘体、半导体与高分子材料等之间都能进行组合，并且每一种组合都可衍生出很多类型的复合薄膜。
3.纳米固体
固体是一个很宽泛的概念，很多东西都是固体形态的。但是，我们所说的这个固体并非常态下的那种固体，而是由纳米级的微粒组成的，被称为纳米固体。或许你并不了解纳米固体是什么东西，下面，就让我们一起去了解它吧！
纳米固体指的是由大量纳米微粒在保持界面清洁条件下组成的三维系统，并且它的界面原子所占比例很高。它是一种与传统材料完全不同的纳米材料，在它的层面上，表面和界面不再只被看成为一种缺陷，而是成为了一种重要的组元，使原材料的性质发生改变，具有高热膨胀性、高比热、高扩散性、高电导性、高强度、高溶解度及界面合金化、低熔点、高韧性和低饱和磁化率等许多特性。因为纳米固体具有这些特性，所以它在表面催化、磁记录、传感器工程技术上都有广泛的应用。利用纳米粒子的高度活性可制备活性极高的催化剂；在火箭的固体燃料中加入含铝的纳米微粒，可以提高燃烧效率；利用铁磁纳米材料具有很高矫顽力的特点，可制成磁性信用卡、磁性钥匙，以及高性能录像带等；利用纳米材料等离子共振频率的可调性可制成隐形飞机的涂料；另外，由于纳米材料的表面积比较大，对外界环境（物理的和化学的）十分敏感，因此在制造传感器方面也有很大的应用前景。目前已开发出的测量温度、热辐射和检测各种特定气体的传感器，就是根据这个原理制造而成的。此外，纳米固体在生物和医学中也有重要应用。
由上面的几个方面，我们大致了解了纳米材料的一些知识。
从总体来说，世界各国对纳米材料的研究主要涉及两个方面：一方面是探索新的合成方法，发展新型的纳米材料；另一方面是系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特征等。纳米材料和常规的材料相比，有很多完全不一样的性能，并且，这些特性也为探究纳米材料的特殊规律提供了一个很好的基础，从而建立了一个描述和表征纳米材料的新概念和新理论。
第三节纳米材料的应用区分
在上一节中我们探讨了纳米材料从形态上来区分的以及几个方面各自不同的用途。我们知道，不同形态的纳米材料有不同的特性，那么，对于具有不同用途的纳米材料又有哪些区分呢？在本节中我们将会探讨纳米材料的应用区分。一般来说，从用途上来划分纳米材料的话，可以把它们划分为高分子纳米生物材料、纳米陶瓷材料以及纳米复合材料等3个方面。
