纳米物理与化学(纳米材料的物理化学特性)
1.纳米材料的物理化学特性
纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。
通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。
由于纳米尺寸的物质具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。
磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
2.纳米技术属于物理化学知识吗
要注意的是技术和知识是不同领域的概念，所谓纳米技术，是通过一系列的工艺，生产出构成粒子直径在1--100nm范围的物质的手段或方法等，这种生产纳米物质的技术就是纳米技术，而纳米物质由于它体现出的一些性质，使人们大开眼界，使人们认识到，物质世界竟如此奥妙，物质的不连续性，物质由粒子构成等观念有了长足的发展，构成物质的粒子的几何指标，既它们的尺寸大小，竟然还如此左右着物质的性质，使人们对微观世界的认识又大大前进了，在原有的原子、分子、离子等的认识上又前进了一大步，所以，纳米物质的出现，使人们在物理、化学、生物等知识领域开辟了更广阔的性天地，如人们发现纳米铜的性质和通常的铜的性质是大不相同的。
而这一切是原有的知识是难以解释的。
3.纳米技术属于物理化学知识吗
要注意的是技术和知识是不同领域的概念，所谓纳米技术，是通过一系列的工艺，生产出构成粒子直径在1--100nm范围的物质的手段或方法等，这种生产纳米物质的技术就是纳米技术，而纳米物质由于它体现出的一些性质，使人们大开眼界，使人们认识到，物质世界竟如此奥妙，物质的不连续性，物质由粒子构成等观念有了长足的发展，构成物质的粒子的几何指标，既它们的尺寸大小，竟然还如此左右着物质的性质，使人们对微观世界的认识又大大前进了，在原有的原子、分子、离子等的认识上又前进了一大步，所以，纳米物质的出现，使人们在物理、化学、生物等知识领域开辟了更广阔的性天地，如人们发现纳米铜的性质和通常的铜的性质是大不相同的。
而这一切是原有的知识是难以解释的。
4.纳米的知识
纳米（nm），又称毫微米，是长度的度量单位，1纳米=10^-9米。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
纳米科技是90年代初迅速发展起来的新兴科技，其最终目标是人类按照自己的意识直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高了前所未有的高度。有资料显示，2010年，纳米技术将成为仅次于芯片制造的第二大产业。
5.物理方法和化学方法制备出的纳米材料在结构上的区别
压根是两类概念。
纳米材料是从大小尺寸出发的，可以是无机的，也可以是有机的；而高分子材料是从化学结构出发的，分子量高，聚合度高。大多都是有机的，单体具有可以反应的官能团或不饱和度才能合成。
回到问题：
1.从制备方法来说，纳米材料可以是物理方法也可以是化学方法；但高分子材料一定是化学方法。
2.从组成来说，纳米材料可以是无机金属、无机非金属、有机都可以；但高分子一定是有机或无机非金属材料。
3.从形态而言，纳米材料大多有固定形态，而高分子既有固定形态的，又有无定形的。
4.从性能而言，纳米材料具有量子隧道效应（共四个，自己查量子效应），普通高分子没有。高分子的粘弹性和玻璃化转变是普通纳米材料不具有的。
6.纳米材料的基本知识
从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1~100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。 纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料（nanometer material），是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子（nano particle）组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1~100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的稀土纳米材料
光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 就熔点来说，纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。 一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料。 纳米粒子的粒径（10纳米~100纳米）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。纳米材料因其光吸收率大的特色，可应用于红外线感测器材料。 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。
