图1。 各种纳米结构的照片：（a）纳米颗粒，（b）纳米线，（c）纳米带

 1。1。2  纳米材料的特殊性质

由于纳米材料在表面电子结构和晶体结构等方面明显不同于体材料，因而表现出独特的性质。

（1）量子尺寸效应

量子尺寸效应[3]是指对于超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒的减小而增大，其热能、电场能或磁场能就会呈现出反常特性，如高度光学非线性、特异性催化和光催化性质、强氧化性和还原性。 

（2）宏观量子隧道效应

微观粒子具有波粒二象性，因而产生隧道效应。近年来，人们发现量子相干器件中的磁通量、微观粒子的磁化强度等也产生了隧道效应，这些物理量是宏观物理量，因此称之为宏观量子隧道效应。

（3）表面效应

随着纳米粒子尺寸的增加，纳米尺寸的表面原子数与总原子数之比也增加，从而引起纳米粒子性质的变化，此种效应称之为表面效应[4]。纳米粒子所处的晶体场环境和表面原子的结合能与内部原子有所不同，存在较多悬空键，具有不饱和性，易与其它原子相结合而形成稳定的化学结构，因此化学活性相对较高。

（4）小尺寸效应

当纳米颗粒的尺寸小于等于光波波长、德布罗意波长、光波波长或相干长度等物理特征时，将会导致晶体周期性的边界条件被破坏，非静态纳米颗粒表面层附近原子密度减小，声光电磁热力学等物理特性呈现显著变化，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的转变等，这种现象称为小尺寸效应[5]。

（5）吸附特性 论文网

原子氢在催化剂上的吸附方式对催化反应起着重要的作用。研究表明，吸附在某些过渡金属纳米微粒上的氢对一些有机化合物的还原会有很好的促进作用[6]，这是由于氢的吸附方式呈解离吸附。如氧在纳米催化剂上的吸附非常明显，在有氧气条件下，绝大多数的纳米微粒都会产生氧化现象，如果经特殊处理，即使是热力学上氧化不利的贵金属也能被氧化。 

1。1。3  纳米材料的应用

（1）结构材料

纳米结构材料以力学性能为基础，其研究兴起于20世纪80年代，主要研究方向为纯金属纳米材料。目前，正由纯金属向纳米复合材料、多元合金方向发展。纳米复合材料针对多元复合组成物质，是一种具有高比强度的结构材料，纳米复合材料中，至少有一种固相处于纳米尺度范围内。同时陶瓷材料[7]也不断引起人们的关注，纳米复合陶瓷由于其高强度、耐高温等性能优异，有望应用于高温发动机中，将其燃料热效率提高一倍，且燃烧完全、减少污染。

（2）光学材料

纳米光学材料在日常生活和高科技领域中应用前景广泛[9]。当光的波长大于等于600 nm时，纳米SiO2光学纤维的传输损耗小于0。01 db/m，体材料的光传输损耗远远高于此数值。纳米红外反射材料在灯泡工业中有很好的应用前景，利用纳米材料对紫外的吸收特性制作而来的日光灯管，不仅能够提高灯管的使用寿命，而且可以减少紫外光对人体的损害。

（3）催化材料

纳米材料是新一代催化剂，引起国内外高度重视。例如在火箭燃料中掺入纳米颗粒铝，燃烧效率可提高很多倍。近年来向纳米复合化方向发展，例如，氟石结构的纳米Cu和CeO2-x组成的纳米复合材料，可用于消除汽车尾气中的SO2、CO。

（4）气敏材料

气敏材料的基本要求是能再生、对吸附气体有快速的反应且反应可逆，吸附后能改变其物理性质，而纳米材料的高比表面积正是增进气体元件灵敏度的重要原因，因此纳米材料也可作为高效的气敏材料。例如，Pd是一种很好的气敏材料，将5-10 nm的Pd纳米颗粒压制成薄片，由于其致密度不是很高，有较好的孔洞，因此易于提高灵敏度及固-气反应的实现。