如今，越来越多的生活产品都标注使用先进纳米材料强化产品性能，甚至开发出前所未有的新功能。那么这些使用了纳米材料的产品真的如同宣传说的那样吗？纳米材料真的有那么神吗？

今天，我们就一起来聊一聊纳米材料那些事。

｜什么是纳米材料?

首先，什么是纳米？实际上它是长度单位，1纳米（nm）等于1米的10亿分之一，大致相当于10个氢原子排列在一起的长度。大约相当于一根头发丝直径的万分之一。

一般认为，三维空间内有一个维度尺寸小于100nm 的材料，就可以称为纳米材料。而涉及纳米材料制备、加工和应用等相关的工艺及方法则统称为纳米技术。

自20世纪80年代人类通过扫描隧道显微镜第一次发现纳米世界后，纳米技术以及纳米材料在接下来的几十年飞速发展，并在各个领域崭露头角。

纳米材料，指的是由纳米量级（1-100nm）的晶态或非晶态超微粒为基本结构单元构成的材料。由于纳米材料的表面正电子和负电子的运动，以及晶体结构的位错和滑移，通常会产生宏观材料完全没有的四种效应，即小尺寸效应、量子效应、表面效应和边界效应。纳米材料根据不同的分类依据，便会有不同的分类方法。

在日常生活中，纳米材料很常见，只是我们可能没有意识到它特殊的身份。比如说，蛋白质就有许多的纳米微孔，生物体的骨骼和牙齿等都存在纳米结构，贝壳、昆虫甲壳、珊瑚等天然材料也是由有序排列的纳米碳酸钙颗粒构成，因此具有独特的力学性能。

｜纳米材料与技术的发展现状

纳米材料与技术自20世纪90年代以来发展迅猛，由于其在众多领域具有广阔的应用前景，因此世界各国竞相制定战略计划，将纳米技术研发作为本国科技创新与发展的有力驱动器。截至2009年就有超过60个国家启动了国家纳米技术计划。

美国于2000年实施美国国家纳米计划（NNI），将本国纳米技术的发展分为无源纳米结构、有源纳米结构、三维纳米系统、分子纳米结构四个阶段，项目最初五年的经费投入就超过了40亿美元。日本也在多个科学技术基本计划中将纳米材料与技术定为国家级优先发展领域之一。我国自20世纪80年代末就将“纳米材料科学”列入国家攀登项目，并不断加大该领域的投资，促进人才队伍建设。

｜纳米材料与技术的应用

1、能源环保领域分解和减少污染

当下，全球的经济和工业的快速发展，有毒或难降解有机物引起的环境污染日益严重，成为了世界范围内不可忽视的问题之一。有研究表明，两种不同半导体纳米材料组成的，类似半导体的p-n结，可以大幅度提高可见光的吸收能力，加快有机染料的裂解。

例如NiO是一种p-型半导体材料，CdS是n-型半导体。CdS纳米粒子附着在NiO晶板表面上，导致能带结构发生变化，从而在CdS表面产生更多的自由电子，同时在NiO表面产生更多的电子空穴。该材料以粉末的方式投放到含刚果红的染料污水中，在可见光照射下，能够大幅提高了有机污染物的分解效率。

2、生物医学领域

微生物感染是当今科学家们尝试攻克的难题之一。抗生素的到来给予了人们希望，但随之而来的耐药性使抗生素的使用受到限制。由于纳米材料的优良特性，部分研究者把目光投向纳米材料。近年来，纳米材料的抗菌特性得到了应用，与抗生素相比，抗菌纳米颗粒具有低毒、克服耐药性、低成本等优点。公认的抗菌机制包括锋利的边缘介导的切割作用，氧化应激和细胞滞留。各种纳米材料如石墨烯、Ag、Ag2O、TiO2、ZnO、CuO等已被用作抗菌剂。

3、运输领域

在交通运输领域，纳米材料应用于车身的不同部件可以在一定程度上节约燃料并降低交通事故发生的概率。车身涂覆纳米涂层可以起到自清洁的功能，同时也能增加车身的耐腐蚀性和抗摩擦能力。为降低刺眼的车灯反射光对驾驶的影响，可以在反射镜和前照灯表面涂覆超反射纳米薄层，从而帮助驾驶者看清道路和车辆情况，减少交通事故发生的概率。

为减少汽车的燃料损耗，可以利用纳米晶材料降低气缸的摩擦，也可以利用纳米复合材料取代沉重的钢材以减轻车身的重量。这些纳米材料的应用既减少了燃料耗费又有利于引擎和车体的维护。

4、军事领域

纳米材料与技术的发展有助于微型化、隐形化、高性能军事武器的发明和制造。利用纳米技术制造的量子器件相比传统半导体集成电路具有体积小、重量轻、运行速率高等优势，可以大大提高武器装备控制系统的信息存储、传输和处理能力。同时由于纳米材料具有独特的光学性能，其常被应用于军事武器的“隐身”当中。如图6所示，美国的B-2隐形轰炸机采用超级碳黑作为隐身涂层，其不仅具有99%的雷达吸收率，而且也具备改变透射光束方向的能力。

｜未来前景

目前，在新材料领域中，纳米材料最独特、最具活力，有利于未来经济与社会的发展。纳米材料的运用，将为国民经济产业布局、传统产业改革提供高科技支持，这是一个难得的发展机遇，相信随着纳米技术的发展，在不久的将来，中国的纳米材料产业将逐渐成熟。