纳米科技和纳米材料是具有下列几个关键特征的系统和材料：

1) 其所具有的尺度至少有一维是从1 nm到数百纳米。

2) 在设计和制备的过程中必须体现出能根本地改变纳米材料的理化性质，即体现微观的操纵和控制能力。

3) 可以以某种方式结合在一起形成更大的机构。

4) 这种纳米结构在一定程度上拥有着优异的电学、光学、磁学、机械、化学等性能，至少在理论上具备这样的性能。

5) 把原子和分子按要求逐个地排布起来所形成的某种纳米结构必须在一定可利用范围内具有化学稳定性。

1.2. 纳米材料的特征

1.2.1. 颗粒组元与界面组元

纳米微粒在一定的物理、化学条件下生成纳米固体。纳米固体物质包括两部分：一部分是直径为1~100 nm的微粒，即颗粒组元，颗粒组元是长程有序的晶体结构或短程有序的非晶体结构；另一部分是微粒间的分界面，即界面组元，界面组元是既没有长程结构也没有短程结构的无序结构。

1.2.2. 表面与界面效应

纳米微粒尺寸小、表面大，位于表面的原子占相当大的比例，见表1-1[5]。

表1-1 纳米微粒尺寸与表面原子数的关系[5]

纳米微粒尺寸 包含总原子数 表面原字所占比例/%

10 3×104 20

4 4×103 40

2 2.5×102 80

1 30 99

举例来说，当被制备成尺寸为纳米量级时的金属、无机材料微粒在大气中会与气体发生反应。这是因为表面原子的活性不仅使纳米粒子的表面原子的传输和构型发生变化，而且也使得其自旋构象与电子能谱发生改变，上述变化称之为“表面与界面效应”。

1.2.3. 小尺寸效应

当纳米微粒的尺寸与光波的波长、传导电子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比其更小时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、热、电、磁等特性均会出现新的小尺寸效应。

1.2.4. 量子尺寸效应

所谓量子尺寸效应，是指当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级由准连续态变为离散态的现象。纳米微粒中所含原子数目有限，这就导致能级间距发生分裂。而当颗粒中所含原子数随尺寸减小而降低时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为离散态。但能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，就导致纳米微粒声、光、热、电、磁以及超导电性与宏观特性有显著不同，称为“量子尺寸效应”。

1.2.5. 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。一些宏观量（如微粒的磁化强度、量子尺寸效应通量等）具有的隧道效应称为“宏观量子隧道效应”。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要意义。源:自*751~·论,文'网·www.751com.cn/