1、 天然纳米材料
海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的
纳米磁性材料
，为它们准确无误地导航。
生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。
2、 纳米磁性材料
在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。
3、 纳米陶瓷材料
传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。
纳米陶瓷
的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和
化学稳定性
，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。
5、 纳米倾斜功能材料
在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。
6、纳米半导体材料
将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，
纳米半导体
中的量子隧道效应使某些
半导体材料
的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现
负值
。这些特性在
大规模集成电路
器件、光电器件等领域发挥重要的作用。
利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。
7、纳米催化材料
纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。
镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或
钯催化剂
。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 ℃降低到室温。
8、 医疗上的应用
血液中红血球的大小为6 000～9 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。
碳材料的血液相溶性非常好，21世纪的人工心瓣都是在材料基底上沉积一层热解碳或类金刚石碳。但是这种沉积工艺比较复杂，而且一般只适用于制备硬材料。
介入性气囊和导管一般是用高弹性的
聚氨酯材料
制备，通过把具有高长径比和纯碳原子组成的碳纳米管材料引入到高弹性的聚氨酯中，我们可以使这种聚合物材料一方面保持其优异的力学性质和容易加工成型的特性，一方面获得更好的血液相溶性。
实验结果显示，这种纳米复合材料引起血液溶血的程度会降低，激活血小板的程度也会降低。
使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。通过纳米粒子的特殊性能在纳米粒子表面进行修饰形成一些具有
靶向
，可控释放，便于
检测
的药物传输载体，为身体的局部病变的治疗提供新的方法，为
药物开发
开辟了新的方向。
9、纳米计算机
世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了18 000个电子管，总重量30 t，占地面积约170 ㎡，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在1 s内只能完成5 000次运算。
经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，使计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了
第一代电子计算机
。
如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“
分子计算机
”，其袖珍的程度又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益。
可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为芯片上千倍的纳米材料级
存储器
芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。
10、纳米碳管
1991年，日本的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，如图1所示。
这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。
在空气中将纳米碳管加热到700 ℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。
纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。
11、家电
用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用为作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。
12、环境保护
环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
13、纺织工业
在
合成纤维
树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足
国防工业
要求的抗紫外线辐射的
功能纤维
。
14、机械工业
采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面
纳米粉
涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。
纳米新材料配方
是一门在100 纳米以内空间内，通过自然更改直接排序原子与分子创造出来的新纳米材料的项目。纳米新材料与该领域是现代力量和现代技术创新的起点,新的规律和原理的发现与全新的理念创设给予基础科学，提供了新的机会,这会成为许多领域的重要改革新动力。纳米新材料配方由于SAIZU细小,拥有很多奇特的性能。1988年Baibich 等第一次在纳米Fe/ Cr MS里发现磁电阻变化率达到百分之五十,与一般的ME比起来要大一个级别,并且是负值的,各向一样,称作GMR 。之后还在纳米体系的、隧道结和Perovskite结构、颗粒膜中发现巨ME。里面Perovskite结构在一九九三年是发现且具有极大ME,叫做CMR ,在隧道结中找到的为TMR。
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量的资金进行研究工作。如美国最早成立了纳米研究中心，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项目之一。在德国，以
汉堡大学
和
美因茨大学
为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。在国内，许多科研院所、高等院校也组织科研力量，开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
教授合作，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。
但是，同国外发达国家的先进技术相比，我们还有很大的差距。德国科学技术部曾经对纳米技术未来
市场潜力
作过预测：他们认为到2000年，纳米结构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
纳米复合材料
市场容量将达到5457亿美元，纳米加工技术市场容量将达到442亿美元，纳米材料的评价技术市场容量将达到27.2亿美元。并预测市场的突破口可能在信息、通讯、环境和医药等领域。
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点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。"
2011年10月19日欧盟委员会通过了对纳米材料的定义，之后又对这一定义进行了解释。根据欧盟委员会的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或
人工材料
，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。
1纳米等于十亿分之一米。在纳米尺度上，一些材料具有很多特殊功能。纳米材料已在人们的工作和生活中得到广泛应用。
在欧盟委员会通过的纳米材料定义中，为什么限定基本颗粒大小在1纳米至100纳米之间？欧盟委员会认为，已知的大多数纳米材料的基本组成颗粒都在这一范围内，当然超出这一范围的材料也有可能具有纳米材料的特点。这一规定是为了使标准明确。
为什么要求纳米材料的基本颗粒总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上？欧盟委员会认为，纳米颗粒比例过低会淹没整个材料的纳米特性，50%是一个比较合适的比例。另外，用纳米颗粒的数量比例而不是用质量比例作为纳米材料的衡量标准，更能体现纳米材料的特点。因为一些纳米材料密度很低，在质量比例较小的情况下已经能显现出明显的纳米材料特点。
为什么纳米材料包括
天然材料
？欧盟委员会认为，纳米材料应按照基本组成颗粒的大小来定义，不管它是天然的还是人造的。实际上一些天然材料也具有人造纳米材料的特点。
为什么把具有
纳米结构
的材料排除在纳米材料之外？欧盟委员会认为，尽管这种材料也具有纳米材料的特点，但还无法对纳米结构进行明确定义，因而不具有可操作性。
为什么含纳米材料的产品不是纳米材料？欧盟委员会认为，纳米材料是原材料或者原材料的混合物，当它与其他材料制成产品后，已经与其他材料形成新的材料，因而制得的产品就不再是纳米材料了。
不过，欧盟委员会也承认，这一定义还有不完善之处，并因此决定在2014年根据科技的发展和定义的实际实施情况修订这一定义。（转自新华网）
纳米材料
表面效应
表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表9-2给出了纳米粒子尺寸与表面原子数的关系。
表1 纳米粒子尺寸与表面原子数的关系
|
粒径（nm）
|
包含的原子（个）
|
表面原子所占例
|
|
20
|
2.5X10^5
|
10
|
|
10
|
3.0X10^4
|
20
|
|
5
|
4.0X10^3
|
40
|
|
2
|
2.5X10^2
|
80
|
|
1
|
30
|
99
|
从表可以看出，随粒径减小，表面原子数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能的都迅速增加。这主要是粒径越小，处于表面的原子数越多。表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子不同。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易于其他原子想结合而稳定下来，因而表现出很大的化学和催化活性。
纳米材料
介电限域
纳米粒子
的介电限域效应较少不被注意到。实际样品中，粒子被空气﹑聚合物﹑玻璃和溶剂等介质所包围，而这些介质的折射率通常比无机半导体低。光照射时，由于折射率不同产生了界面，邻近
纳米
半导体表面的区域﹑纳米半导体表面甚至纳米粒子内部的场强比辐射光的光强增大了。这种局部的场强效应，对半导体纳米粒子的光物理及非线性光学特性有直接的影响。对于无机-有机
杂化材料
以及用于多相反应体系中
光催化材料
，介电限域效应对反应过程和动力学有重要影响
上述的小尺寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应和介电限域应都是纳米微粒和
纳米固体
的基本特征，这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑蒸气压﹑光学性质﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理﹑
化学性质
。
纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展，并且在
传统材料
、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。在产业化发展方面，除了
纳米粉体材料
在美国、日本、中国等少数几个国家初步实现规模生产外，
纳米生物材料
、纳米电子器件材料、纳米医疗诊断材料等产品仍处于开发研制阶段。2010年全球纳米新材料市场规模达22.3亿美元，年增长率为14.8%。今后几年，随着各国对纳米技术应用研究投入的加大，纳米新材料产业化进程将大大加快，市场规模将有放量增长。纳米粉体材料中的
纳米碳酸钙
、
纳米氧化锌
、
纳米氧化硅
等几个产品已形成一定的市场规模；纳米粉体应用广泛的纳米陶瓷材料、纳米纺织材料、纳米改性涂料等材料也已开发成功，并初步实现了产业化生产，纳米粉体颗粒在医疗诊断制剂、微电子领域的应用正加紧由实验研究成果向产品产业化生产方向转移。
澳大利亚科学家研制出一种由氧化钼晶体制成的新型二维纳米材料，有可能给电子工业带来革命，使“纳米”一词不再停留于营销概念而成为现实。
在材料学中，厚度为纳米量级的晶体薄膜通常被视作二维的，即只有长宽，厚度可忽略不计，称为二维纳米材料。新研制出的这种材料厚度仅有11纳米，它有着独特的性质，电子在其内部能以极高速度运动。
科学家说，他们是从另一种奇妙的新材料——石墨烯得到启发的。石墨烯是单层碳原子网，是人类已知的最薄材料，电子在其中也能高速运动。但石墨烯缺乏能隙，用它制造的晶体管无法实现电流开关。氧化钼材料本身拥有能隙，将它制成类似石墨烯的薄片后，既支持电子高速运动，其半导体特性又适合制造晶体管。
