什么是纳米材料 狭义地说，所谓纳米材料，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm——100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚群体）和纳米微粒；一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。简略地说，是指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小不应超过100纳米，而通常情况下不应超过10纳米。目前，国际上将处于1—100nm纳米尺度范围内的超微颗粒及其致密的凑集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。
纳米材料按其结构可以分为四类：具有原子蔟和原子束结构的称为零维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；晶粒尺寸至少一个方向在几个纳米规模内的称为三维纳米材料,新开复古传奇。还有就是以上各种情势的复合材料。
按化学组份，可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。
按材料物性，可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。
按应用，可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等,1.95皓月无内功。
莲花出淤泥而不染的原因
花效应实在是一个很常见的景象，简直人人都有看过，只是不晓得莲花效应是什?意思，莲花效应重要是指莲叶表面具有超疏水以及自洁的特征。由於莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，当水与叶面的接触角大於140度，水珠就会滚离叶面。因而，即便经由一场滂沱大雨，莲叶的表面老是能坚持乾燥；此外， 在电子显微镜下，莲叶的表面有大小约5~15微米轻微崛起的表皮细胞，上层笼罩著一层直径约1奈米的蜡质结晶。蜡质结晶具有疏水性，所以当水与这类表面接触时，会因表面张力而形成水珠，再加上叶表的纤细结构之助，使转动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我干净的后果，这就是莲花总是能纤尘不染的起因。
对纳米材料在未来生涯中应用的设想
纳米技术的应用及其前景
纳米技术在陶瓷领域方面的应用
陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及产业出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，因此使其应用受到了较大的限制。跟着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，生机以此来战胜陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国材料学家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的策略门路。
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、缺点尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和疏散。块体状态、缺陷、毛糙度以及成分的控制。
Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成，则能够在低温下变为延性的，能够发生100%的范性形变。并且发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优秀的韧性，在180℃禁受曲折而不发生裂纹。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中克制晶粒长大的技术问题，从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷，则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无可比拟的长处。上海硅酸盐研究所在纳米陶瓷的制备方面起步较早，他们研究发现，纳米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在经室温轮回拉伸实验后，在纳米3Y-TZP样品的断口区域发生了部分超塑性形变，形变量高达380%，并从断口侧面察看到了大量通常涌现在金属断口的滑移线。 Tatsuki等人对制得的Al2O3-SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验，结果发现随同晶界的滑移，Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中，从而加强了晶界滑动的阻力，也即提高了Al2O3-SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力。
固然纳米陶瓷还有很多要害技术须要解决，但其精良的室平和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使其在切削刀具、轴承、汽车发念头部件等诸多方面都有普遍的应用，并在许多超高温、强腐化等刻薄的环境下起着其余材料不可替换的作用，具有辽阔的应用远景。
纳米技术在微电子学上的应用
纳米电子学是纳米技术的主要组成局部，其主要思维是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，它包含纳米有序（无序）阵列体制、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装系统。纳米电子学的终极目的是将集成电路进一步减小，研制出由单原子或单分子形成的在室温能应用的各种器件。
目前，利用纳米电子学已经研制成功各种纳米器件。单电子晶体管，红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阻效应制成的超微磁场探测器已经问世。并且，具有奇特性能的碳纳米管的研制成功，为纳米电子学的发展起到了症结的作用。
碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成，径向尺层节制在100nm以下。电子在碳纳米管的运动在径向上受到限制，表示出典范的量子限制效应，而在轴向上则不受任何限制。以碳纳米管为模子来制备一维半导体量子材料，并不是凭空假想，清华大学的范守善教学利用碳纳米管，将气相反应限制在纳米管内进行，从而生长出半导体纳米线。他们将Si-SiO2混杂粉体置于石英管中的坩埚底部，加热并通入N2。SiO2气体与N2在碳纳米管中反应生长出Si3N4纳米线，其径向尺寸为4~40nm。另外，在1997年，他们还制备出了GaN纳米线。1998年该科研组与美国斯坦福大学配合，在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长，它将大大推动碳纳米管在场发射平面显示方面的运用。其独特的电学机能使碳纳米管可用于大范围集成电路，超导线材等领域。
早在1989年，IBM公司的科学家就已经利用地道扫描显微镜上的探针，成功地挪动了氙原子，并利用它拼成了IBM三个字母。日本的Hitachi公司成功研制出单个电子晶体管，它通过控制单个电子运动状态完成特定功能，即一个电子就是一个具有多功能的器件。另外，日本的NEC研究所已经领有制作100nm以下的精细量子线结构技术，并在GaAs衬底上，成功制作了具有开关功能的量子点阵列。目前，美国已研制成功尺寸只有4nm具有开关特性的纳米器件，由激光驱动，并且开、关速度很快。
美国威斯康星大学已制作出可容纳单个电子的量子点。在一个针尖上可包容这样的量子点几十亿个。利用量子点可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子领域将取得广泛应用。此外，若能将几十亿个量子点连结起来，每个量子点的功能相称于大脑中的神经细胞，再结合MEMS（微电子机械系统）办法，它将为研制智能型微型电脑带来愿望。
纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，依照全新的理念来结构电子系统，并开发物资潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处置能力的革命性打破，纳米电子学将成为对世纪信息时期的中心。
纳米技术在生物工程上的应用
家喻户晓，分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物大分子自身就是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以此来设计量子计算机。美国南加州大学的Adelman博士等应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了目前计算机无奈解决的问题—“哈密顿门路问题”，使人们对生物材料的信息处理功能和生物分子的计算技术有了进一步的意识。
虽然分子计算机目前只是处于幻想阶段，但科学家已经斟酌应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到取代当今计算机信息处理和信息存储的作用。在全部光循环过程中，细菌视紫红质经历几种不同的中间体过程，伴随相应的物质结构变更。Birge等研究了细菌视紫红质分子潜在的并行处理机制和用作三维存储器的潜能。通过调谐激光束，将信息并行地写入细菌视紫红质立方体，并从立方体中读守信息，并且细菌视紫红质的三维存储器可提供比二维光学存储器大得多的存储空间。
到目前为止，还没有出现商品化的分子盘算机组件。科学家们认为：要想提高集成度，制造微型计算机，关键在于寻找具有开关功能的微型器件。美国锡拉丘兹大学已经利用细菌视紫红质蛋白质制作出了光导“与”门，利用发光门制成蛋白质存储器。此外，他们还利用细菌视紫红质蛋白质研制模仿人脑联想能力的中央网络和联想式存储装置。
纳米计算机的问世，将会使当今的信息时代发生质的奔腾。它将突破传统极限，使单位体积物质的储存和信息处理的能力提高上百万倍，从而实现电子学上的又一次革命。
纳米技术在光电领域的应用
纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加严密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高辨别率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦查。但是要获取高分辩率图像，就必须先进的数字信息处理技术。科学家们发现，将光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器件，将为实现光学高速数学运算供给可能。
美国桑迪亚国家实验室的Paul等发现：纳米激光器的渺小尺寸可以使光子被限制在少数几个状况上，而低音廊效应则使光子受到束缚，直到所产生的光波累积起足够多的能量后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根弯曲成极薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器的大小和外形能够有效控制它发射出的光子的量子行动，从而影响激光器的工作。研究还发现，纳米激光器工作时只需约100微安的电流。最近科学家们把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，此结构的光子状态数少于10个，濒临了无能量运行所请求的前提，但是光子的数量还不减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊奇。
除了能提高效力以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。因为只要要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现刹时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，合适用于光纤通讯。因为纳米技术的敏捷发展，这种无能量阈纳米激光器的实现将为期不远。
纳米技术在化工领域的应用
纳米粒子作为光催化剂，有着许多优点。首先是粒径小，比表面积大,光催化效率高。另外，纳米粒子生成的电子、空穴在达到表面之前，大部分不会从新结合。因此，电子、空穴能够到达表面的数目多，则化学反应活性高。其次，纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，轻易应用光学手段和方法来视察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。目前，工业上利用纳米二氧化钛-三氧化二铁作光催化剂，用于废水处理（含SO32-或 Cr2O72-体系），已经取得了很好的效果。
用沉淀溶出法制备出的粒径约30~60nm的白色球状钛酸锌粉体，比表面积大，化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的钛酸锌粉体效果显明提高。
纳米静电屏蔽材料，是纳米技术的另一重要应用。以往的静电屏蔽材料普通都是由树脂掺加碳黑喷涂而成，但性能并不是特殊理想。为了改良静电屏蔽材料的性能，日本松下公司研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料。利器具有半导体特性的纳米氧化物粒子如Fe2O3、TiO2、ZnO等做成涂料，由于具有较高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用。另外，氧化物纳米微粒的色彩各种各样，因而可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，这种纳米静电屏蔽涂料岂但有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的枯燥性。
另外，如将纳米TiO2粉体按一定比例参加到化妆品中，则可以有效地掩蔽紫外线。正常认为，其体系中只需含纳米二氧化钛0.5~1%，即可充足屏蔽紫外线。目前，日本等国已有部分纳米二氧化钛的化装品问世。紫外线不仅能使肉类食品主动氧化而变色，而且还会破坏食品中的维生素和芬芳化合物，从而下降食品的养分价值。如用增加0.1~0.5%的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装材料包装食品，既可以预防紫外线对食物的损坏作用，还可以使食品保持新颖。将金属纳米粒子掺杂到化纤制或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合罕见气体及有机化合物等的分离和稀释，用于电池电极、化学成分探测器及作为高效率的热交流隔板材料等。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体光滑剂等。
用化学共积淀法得到ZnCO3包覆Ti(OH)4粒子，在一定温度下预焙解后，溶去绝大部门包覆的ZnO粉体，利用体系中少量的ZnTiO3（ZnTiO3与TiO2(R)的晶体结构相似）增进了TiO2从锐钛型向金红石型的转化，制得粒径约20~60nm的金红石型二氧化钛粉体。用紫外分光光度计进行了光学性能测试，成果发现此粉体对240~400nm的紫外线有较强的吸收，吸收率高达92%以上，其吸收性能远远高于一般TiO2粉体。另外，由于纳米粉体的量子尺寸效应和体积效应，导致纳米粒子的光谱特性呈现“兰移”或“红移”现象。在制备超细铝酸盐基长余辉发光材料时，用软化学法合成出的超细发光粉体的发射光谱的主峰地位，较固相机械混合烧结法制备的发光粉体兰移了12nm。余辉衰减曲线表明，该法合成出的发光粉体，其余辉衰减速度绝对固相法合成出的发光粉体要快得多，这些都是由于粉体粒子大幅度减小所致。
研讨职员还发明，能够利用纳米碳管其奇特的孔状结构，大的比名义（每克纳米碳管的表面积高达多少百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反响器可能使化学反应局限于一个很小的范畴内进行。在纳米反应器中，反应物在分子程度上有一定的取向和有序排列，但同时限度了反应物分子和反应旁边体的活动。这种取向、排列和制约作用将影响和决议反应的方向和速度。科学家们应用纳米标准的分子筛作反应器，在烯烃的光敏氧化作用中，将底物分子置于反应器的孔腔中,合击传奇发布网，敏化剂在溶液中，这样就只天生单重态的氧化产物。用金属醇化合物和羧酸反应，可合成存在必定孔径的大环化合物。利用嵌段和接技共聚物会构成微相分别，可造成不同的“纳米结构”作为纳米反映器。
纳米技术在医学上的应用
随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开端崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自在流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米SiO2微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变医治，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒引诱物已经取得了突破性进展，当初已用于临床动物实验，估量不久的将来即可服务于人类。
研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上懂得生物大分子的精致结构及其与功能的关联，获取性命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身材各部位进行检测、诊断，并实行特殊治疗，畅通脑血管中的血栓，肃清心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀逝世癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。
纳米技术在分子组装方面的利用
纳米技术的发展，大抵阅历了以下几个发展阶段：在试验室摸索用各种手段制备各种纳米微粒，合成块体。研究评估表征的方式，并探索纳米材料不同于惯例材料的特别性能。利用纳米材料已发掘出来的独特的物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料。目前主要是进行纳米组装体系、人工组装合成纳米结构材料的研究。虽然已经获得了许多重要结果，但纳米级微粒的尺寸大小及平匀水平的控制依然是一大难关。如何合成具有特定尺寸，并且粒度匀称分布无团聚的纳米材料，始终是科研工作者尽力解决的问题。目前，纳米技术深刻到了对单原子的把持，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相联合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手腕。科学家们设想可以设计出一种在纳米量级上尺寸一定的模型，使纳米颗粒能在该模型内生成并稳定存在，则可以掌握纳米粒子的尺寸大小并避免团圆的产生。
1992年，Kresge等首次采取介孔氧化硅材料为基，利用液晶模板技术，在纳米尺度上实现有机／无机离子的自组装反应。其特点是孔道大小平均，孔径可以在5~10nm内连续可调，具有很高的比表面积和较好的热稳定性。使其在分子催化、吸附与分离等过程，展现了广阔的应用前景。同时，这类材料在较大范围内可持续调节其纳米孔道结构，可以作为纳米粒子的微型反应容器。
Wagner等利用四硫富瓦烯的独特的氧化还原才能，通过自组装方法合成了拥有电荷传递功效的配合物分子梭，具备开关功能。Attard等利用液晶作为稳固的预组织模板，利用表面活性剂对水解缩聚反应进程和溶胶表面进行把持，合成了六角液晶状微孔SiO2材料。Schmid等利用特定的配位体，胜利地制备出平均散布的由55个Au原子组成的金纳米粒子。据实践预测，假如以这种金纳米粒子做成分子器件，其分子开关的密度将会比个别半导体进步105~106倍。
1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种簇新的“纳米秤”，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的分量。
李彦等以六方液晶为模板合成了CdS纳米线，该纳米线成长在表面活性剂分子形成的六方沉积的缝隙水相内，呈平行排列,直径约1~5nm。利用有机表面活性剂作为几何构型模板剂，通过有机/无机离子间的静电作用，在分子水平长进行自组装合成，并形陈规则的纳米异质复合结构，是实现对材料进行裁减的有效道路。
纳米技术在其它方面的应用
利用先进的纳米技术，在未几的未来，可制成含有纳米电脑的可人—机对话并具有自我复制能力的纳米安装，它能在几秒钟内实现数十亿个操作动作。在军事方面，利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报，使目标损失功能。
利用纳米技术还可制成各种分子传感器和探测器。利用纳米羟基磷酸钙为原料，可制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料。将药物贮存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的开释，则可控药剂有盼望变为事实。另外，还可利用碳纳米管来制造储氢材料，用作燃料汽车的燃料“贮备箱”。利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应研制高敏锐度的磁传感器；利器具有强红外接收能力的纳米复合体系来制备红外隐身体料，都是很具有应用前景的技术开发领域。
纳米技术在国内的研究情形及取得的成果
纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在的重要性毋庸置疑，一些发达国家都投入大批的资金进行研究工作。如美国最早成破了纳米研究核心，日本文教科部把纳米技术，列为材料科学的四大重点研究开发名目之一。在德国，以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中央，政府每年出资6500万美元支撑微体系的研究。在海内，许多科研院所、高级院校也组织科研力气，发展纳米技术的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：
定向纳米碳管阵列的合成，由中国科学院物理研究所解思深研究员等完成。他们利用化学气相法高效制备出孔径约20纳米，长度约100微米的碳纳米管。并由此制备出纳米管阵列，其面积达3毫米×3毫米，碳纳米管之间间距为100微米。
氮化镓纳米棒的制备，由清华大学范守善教授等完成。他们首次利用碳纳米管制备出直径3~40纳米、长度达微米量级的半导体氮化镓一维纳米棒，并提出碳纳米管限制反应的概念。并与美国斯坦福大学戴宏杰传授协作，在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。
准一维纳米丝和纳米电缆，由中国科学院固体物理研究所张立德研究员等完成。他们利用碳热还原、溶胶—凝胶软化学法并结合纳米液滴外延等新技术，首次合成了碳化钽纳米丝外包绝缘体SiO2纳米电缆。
用催化热解法制成纳米金刚石，由中国科学技术大学的钱逸泰等完成。他们用催化热解法使四氯化碳和钠反应，以此制备出了金刚石纳米粉。
然而，同国外发达国度的进步技巧比拟，咱们还有很大的差距。德国迷信技术部曾经对纳米技术将来市场潜力作过猜测：他们以为到2000年，纳米构造器件市场容量将达到6375亿美元，纳米粉体、纳米复合陶瓷以及其它纳米复合资料市场容量将达到5457亿美元，纳米加工技术市场容量将到达442亿美元，纳米材料的评估技术市场容量将达到27.2亿美元。并预测市场的冲破口可能在信息、通信、环境跟医药等范畴。
总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特色，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次工业革命。”