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杭州万景新材料有限公司
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纳米材料的几种效应
纳米材料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（几十个原子的聚集体）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。
纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。
正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即表面效应和界面效应、小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应），从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。
（1）表面与界面效应
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。因为表面原子数目增多，比表面积大，原子配位不足，表面原子的配位不饱和性导致大量的悬空键和不饱和键，表面能高，因而导致这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。这种表面原子的活性不但易引起纳米粒子表面原子输运和构型的变化，同时也会引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。纳米材料由此具有了较高的化学活性，使得纳米材料的扩散系数大，大量的界面为原子扩散提供了高密度的短程快扩散路径，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。
（2）小尺寸效应
当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。对于2nm的金粒子，在高分辨率显微镜下可观察到其形态在单晶与多重孪晶之间进行连续的变化，这与通常的熔化相变不同，而是小尺寸粒子所具有的熔化现象。对于纳米尺度的强磁性粒子，如Fe-Co合金，当粒子尺寸为单畴临界尺寸时，可具有非常高的矫顽力，可用于磁性信用卡、磁性钥匙等。由于小尺寸效应，一些金属纳米粒子的熔点远低于块状金属，例如，2nm的金粒子的熔点为600K，块状金为1337K，纳米银粉的熔点可降低至100摄氏度。
（3）量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。
（4）宏观量子隧道效应
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。这种微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。比如，原子内的许多磁性电子（指3d和4f壳层中的电子），以隧道效应的方式穿越势垒，导致磁化强度的变化，这是磁性宏观量子隧道效应，早在1959年，此概念曾用来定性解释纳米镍晶粒为什么在低温下能继续保持超顺磁性的现象。
简单而言，大部分物质达到纳米级后，会具有表面与界面效应，表现为较高的化学活性，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。
部分会产生小尺寸效应，表现出新的物理特性。目前，这两个效应在生产，生活中应用的是最普遍的；如纳米涂层衣服，纳米光触媒空气治理剂，自洁玻璃、陶瓷等等。
还有量子尺寸效应，宏观量子隧道效应，目前应用的还比较少些。