1.2纳米材料的分类
纳米粒子是指粒径为1~100nm的固体颗粒
纳米单元：纳米颗粒、纳米丝、纳米膜、纳米孔
纳米材料：由纳米单元及其聚集体组成的材料
纳米材料分类：
1零维纳米材料：纳米粒子（三维均为纳米尺寸）
2一维纳米材料：纳米丝、纳米管、纳米棒（二维纳米尺寸）
3二维纳米材料：纳米膜（一维纳米尺寸）
4三维纳米材料：大量纳米单元构成的聚集体，又称块状纳米材料
    5纳米复合材料：由不同种类纳米单元或纳米单元与连续相组成的材料
1.3纳米体系
纳米体系目前还没有一直的定义
Tkach和Michail定义：把具体研究对象成为纳米体系，如半导体纳米体系、氧化铁纳米体系、天然纳米体系等
Kallay定义：把含有固体纳米粒子的反应体系定义为纳米体系
根据热力学基本概念：把含有纳米结构单元的研究对象成为纳米体系，是介于宏观和微观层次间的过渡体系，又称为介观体系。
纳米结构单元：可以是纳米微粒（包括纳米颗粒、纳米液滴、纳米气泡和纳米孔）、纳米丝（包括纳米管、纳米棒、纳米线）和纳米膜（包括纳米液膜）
注意：纳米体系可以是一个、多个或无数个纳米单元；可以包括一类结构单元或多类结构单元；可以既有纳米单元又有连续相；可以是均分散体系，也可以是非均分散体系；可以是零维、一维、二维、三维的
1.4纳米效应
纳米效应：从不同角度解释纳米材料奇特的物理和化学性质的理论成为纳米效应
分类：①量子尺寸效应②小尺寸效应（体积效应）③表面效应④宏观量子隧道效应⑤介电限域效应

量子尺寸效应：当量子尺寸减小到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒最高占据轨道和最低占据轨道间的能隙变宽的现象，均称为量子尺寸效应。
费米能级：绝对零度时，电子的最高占据能级称为费米能级
相邻能级间隙：δ=4EF/3N∝d-3
EF、\N、d分别为：费米能级、一个纳米颗粒中总的导电电子数和粒径
量子尺寸效应的产生：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，就会产生量子尺寸效应，导致纳米粒子的热、磁、电、光和超导电性与宏观粒子有显著不同。
现象：比热反常，导体变为半导体或绝缘体，光谱线频移，磁化率和催化性能与所含电子的奇偶性有关

小尺寸效应：当粒子尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺度相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面附近原子密度减小，导致纳米粒子与宏观物体不同的或与宏观物体所没有的声、光、电、磁、热、力学特征，这种因尺寸减小而导致新的性质产生或原有性质变化的效应称为小尺寸效应或体积效应。
现象：光吸收明显增加，熔点降低，磁性转变，超导相向正常相转变，材料的强度和硬度增大，2nm的金属纳米粒子的形态在单晶、孪晶和多晶间转换

表面效应：纳米粒子的表面原子（或分子）与总原子数（或分子数）相比随着纳米粒子尺度的减小而大幅度地增加，粒子的表面能也随着大幅度增大，从而引起纳米粒子性质的变化，这一效应称为表面效应。
表面原子（分子）的特点：与内部原子所处的环境不同，存在许多具有不饱和性质的悬键或点阵缺陷，具有较高的能量和很高的化学活性。
现象：一些纳米粒子一遇空气就会燃烧，甚至爆炸；熔点降低；吸附性增强；催化活性提高；相态转变；热力学性质和动力学参数改变等。

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。
宏观量子隧道效应：纳米粒子的某些宏观量具有贯穿宏观系统势垒的能力称为宏观量子隧道效应。
现象：纳米粒子的磁化强度和量子相干器件中的磁通量就能贯穿宏观势垒。
注意：纳米粒子的超细化，限定了磁带、磁盘进行信息储存的时间极限。也就是说，微电子器件的微细化，必须考虑上述宏观量子隧道效应。

介电限域效应：纳米粒子分散在异质介质中，由各分散体界面引起体系介电增强的现象。这种介电增强通常称为介电限域。
引起的原因：当介质的折射率与微粒的折射率相差很大时，产生了折射率边界，致使微粒表面和内部的场强比入射场强明显增加。这种局域场的增强称为介电限域。
产生介电限域效应的材料：过渡金属氧化物和半导体微粒都有可能产生这种介电限域效应。
现象：纳米粒子的介电限域对光的吸收（蓝移或红移），光化学、光学非线性有重要影响。例如过渡金属氧化物，如Fe2O3、Co2O3、Cr2O3和Mn2O3等纳米粒子分散在十二烷基苯磺酸钠中出现了光学三阶非线性增强现象。

1.5纳米材料的特性
力学特性：超常的强度、硬度、韧性和塑性，热膨胀系数倍增，扩散系数剧增。例如纳米金属材料的硬度是普通金属材料的3~5倍；纳米陶瓷能经受住一定弯曲而不断裂；碳纳米管加压弯曲而其内部不产生塑性形变，外力撤去，可恢复初始状态。应用：制备特种工程材料和智能材料。
磁学特性：超顺磁性（矫顽里→0），高矫顽力、低居里温度（铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界温度）、磁性与微粒所含的总电子数的奇偶性有关。例如铁粒度减小到20nm时，其矫顽力可增加1000倍，但粒度小于6nm时，其矫顽力反而降低为零，进入超顺磁状态。应用：制备各种磁性材料和磁导率向性药物载体（靶向定位治疗）。
热学特性：热熔减小，熔点降低。例如苯液滴半径达到1.05nm时，热容为0；2nm金颗粒的熔点为327℃；低温下，纳米粒子几乎没有热阻，具有优质的导热性能。应用：粉末冶金，制备易熔材料（如保险丝、易熔片）和导热材料。
光学特性：产生非线性、宽频带、强吸收、频移、光敏感等光学现象及新的发光现象。例如纳米粒子颜色变暗变黑；吸收光谱蓝移；圭粒径小于6nm出现发光现象。应用：制备光热和光电转换材料（利用太阳能），光敏材料、光纤材料、发光材料、光储存材料、非线性光学材料等。
电学特性：电阻反常，高的压电效应，介电常数和介电损耗与粒径有关。例如纳米金属和合金导电性下降，甚至变为绝缘体，而纳米氧化物如Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等比常规氧化物具有很好的导电性能；纳米粒子的粒度减小到一定值时，其电阻温度系数由正变负。