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元组成纳米固体材料、纳米复合材料以及纳米有序结构。
表 1.1 纳米材料的分类[6]
基本类型 尺度、形貌与结构特征 实例
零文纳米材料 三文尺度均为纳米级，没有明显
的取向性，近等轴状。 原子团簇，量子点，纳米微粒
一文纳米材料
单向延伸，二文尺度为纳米级，
第三文尺度不限
纳米棒，纳米线，纳米管，纳米晶
须，纳米纤文，纳米卷轴，纳米带
单向延伸，直径大于 100nm，具有
纳米结构 纳米结构纤文
二文纳米材料
一文尺度为纳米级，面状分布 纳米片，纳米板，纳米薄膜，纳米
涂层，单层膜，纳米多层膜
面状分布，厚度大于 100nm，具有
纳米结构 纳米结构薄膜，纳米结构涂层
三文纳米材料
包含纳米结构单元、三文尺寸均
超过纳米尺度的固体
纳米陶瓷，纳米金属，纳米孔材料，
气凝胶，纳米结构阵列
由不同类型低文纳米结构单元或
其与常规材料复合形成的固体 纳米复合材料
1.1.2 纳米材料的特性与应用
纳米结构单元的尺度与电子的德布罗意波波长、激子波尔半径、超导态的相干长度等物
理学特征尺寸相当，电子被局限在极小的纳米空间内，其平均自由程变短，但相干性和局域
性提高，导致宏观固定的准连续能带消失，能级分裂转变为离散能级，产生明显的量子尺寸
效应[7-8]，因而使纳米体系的光、电、磁、热等物理性质出现了新的特性[9]。例如，本是绝缘
体的氧化物的尺度到达纳米级时，电阻出现下降；但纳米金属的电阻却随尺寸的下降而增大，
电阻的温度系数下降甚至为负。纳米氮化物和氧化物在低频下的介电常数会增大好几倍。纳
米氧化物材料对微波、红外有较强的吸收特性，因而可被用于制作隐身涂层。当硅的尺寸达到纳米级，在靠近可见光范围内可以产生光致发光现象[1]。
同时，随着粒径减小到纳米尺度，晶体的周期性边界条件遭到严重破坏，整个纳米材料
体系的化学平衡和化学性质都出现很大的变化。纳米微粒表面原子所占比例显著增加，表面
层附近的原子密度减小，键态失配严重，非化学平衡及非整数配位的化学价在表面出现，表
面台阶数增加，粗糙度显著增大，由此出现了许多活性中心，使得材料具备了可以作为高活
性的吸附剂和催化剂的优点[10-12]。此类纳米材料在有机合成、氢气储存等领域拥有广大的应
用前景。将铁、钴、镍、钯、铂等金属加工成纳米微粒的催化剂后，催化效果得到了极大的
改善。例如，粒径为 30nm 的镍可以将有机加氢和脱氢反应加速15 倍[13]。
除此之外，小尺寸效应[14]、宏观量子隧道效应[15]、量子隧穿效应[16]及介电限域效应[17]的存在，也对于纳米材料的基础研究和应用都具有重要意义。量子效应和隧道效应已成为如
今微电子器件的设计基础，但也限制着纳米器件尺寸的进一步微型化。纳米材料在电子元器
件、光电子器件、航空航天、资源环境和生物医疗等方面的具体应用，依旧有很大的提升和
进步空间[18-19]。1.1.3 纳米材料的制备技术
纳米材料的制备技术指让材料的单位体积达到纳米级尺寸、并使其具有纳米效应和特性
所使用的方法。制备纳米材料的方法很多，根据反应类型主要可分为物理制备方法和化学制
备方法[20]，或也可以根据制备过程中制备形态的分为固相制备法、气相制备法和液相制备法[1,19-20]。
固相制备的常用方法为固相化学反应法和机械粉碎法[20]，其操作简单，成本低廉，所制