納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1nm~100nm）或由他們作為基本單元構成的材料。這是指納米晶體粒表面原子數與總原子數之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。例如粒子直徑為10納米時，微粒包含4000個原子，表面原子占40%；粒子直徑為1納米時，微粒包含有30個原子，表面原子占99%。

納米材料的基本特性

由于納米材料是由相當于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小單元組成，也正因為這樣，納米材料具有了一些區別于相同化學元素形成的其他物質材料特殊的物理或是化學特性例如：其力學特性、電學特性、磁學特性、熱學特性等，這些特性在當前飛速發展的各個科技領域內得到了應用。

1、表面效應

納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相當大的比例。隨著粒徑減小，表面原子數迅速增加。這是由于粒徑小，表面積急劇變大所致。由于表面原子數增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩定，很容易與其它原子結合。例如：金屬的納米粒子在空氣中會燃燒，無機的納米粒空子暴露在空氣中會吸附并與氣體進行反應。

納米材料的表面效應是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。隨著粒徑變小，表面原子所占百分數將會顯著增加。當粒徑降到1nm時，表面原子數比例達到約90%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子表面。由于納米粒子表面原子數增多，表面原子配位數不足和高的表面能，使這些原子易與其它原子相結合而穩定下來，故具有很高的化學活性。

2、小尺寸效應

當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導致聲、光、電磁、熱力學等待性呈現新的小尺寸效應。例如：光吸收顯著增加并產生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態向磁無序態的轉變；超導相向正常相的轉變；聲子譜發生改變等

由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對超微顆粒而言，尺寸變小，比表面積增加，從而產生一系列新奇的性質：

（1）力學性質

（2）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。

（3）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬――絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。

（4）磁學性質

小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，呈現出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已做成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用于磁帶、磁盤、磁卡等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體

3.量子尺寸效應：

當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續變為離散能級的現象以及納米半導體微粒存在不連續的最高被占據分子軌道和最低軌道能級而使能隙變寬現象均稱為量子尺寸效應。

量子尺寸效應直接解釋了納米粒子特別的熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量以及超導態的凝聚能等一系列的與宏觀特性有著顯著不同的特性

4.宏觀量子隧道效應：

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。近年來，人們發現了一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效應，稱為宏觀的量子隧道效應。宏觀量子隧道效應的研究對基礎研究及實用都有著重要意義。它限定了磁帶、磁盤進行信息貯存的時間極限。

量子尺寸效應、隧道效應將會是未來微電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微化的極限。當微電子器件進一步細微化時，必須要考慮上述的量子效應

納米材料奇特的物理性能：

1.奇特的光學特性：

一是寬頻帶強吸收：納米粒子對光的反射率很低，吸收率很強導致粒子變黑。二是藍移現象：納米微粒的吸收帶普遍向短波方向移動。三是納米微粒出現了常規材料不出現的新的發光現象。

2.擴散及燒結性能：

由于在納米結構材料中有大的界面，這些界面為原子提供了短程擴散途徑。因此，與單晶材料相比，納米結構具有較高的擴散率。較高的擴散率對蠕變、超塑性等力學性能有顯著影響，同時可以在較低的溫度對材料進行有效的摻雜，可以在較低溫度使不混溶金屬形成新的合金相。增強的擴散能力產生的另一個結果是可以使納米材料的燒結溫度大大降低。

納米微粒物性的一個最大特點是與顆粒尺寸有很強的依賴關系。由于納米微粒的小尺寸使其具有了一系列的奇特的物理性質，從而給納米材料的應用打開了一個廣闊的天地