【摘 要】奈米技術是當今世界最有前途的決定性技術。文章簡要地概述了奈米材料在力學、磁學、電學、熱學、光學和生命等方面的主要，並簡單展望了奈米材料的應用前景。
【關鍵詞】奈米材料；奈米技術；應用
有人曾經預測在21世紀奈米技術將成為超過技術和基因技術的“決定性技術”，由此奈米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進行，美國從2000年啟動了國家奈米計劃，國際奈米結構材料會議自1992年以來每兩年召開一次，與奈米技術有關的國際期刊也很多。
一、奈米材料的特殊性質
奈米材料高度的彌散性和大量的介面為原子提供了短程擴散途徑，導致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著，並使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。因此奈米材料所表現的力、熱、聲、光、電磁等性質，往往不同於該物質在粗晶狀態時表現出的性質。與傳統晶體材料相比，奈米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹係數、低熱導率、強軟磁效能。這些特殊效能使奈米材料可廣泛地用於高力學效能環境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、分子篩、超微複合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結助劑、潤滑劑等領域。
（一）力學性質
高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有奈米結構的材料強度與粒徑成反比。奈米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比奈米晶粒粒徑還要大，增殖後位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是奈米晶強化效應。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年，由於金屬陶瓷的混合燒結和晶粒粗大的原因其力學強度一直難以有大的提高。應用奈米技術製成超細或奈米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領域佔據了主導地位。使用奈米技術製成的陶瓷、纖維廣泛地應用於航空、航天、航海、石油鑽探等惡劣環境下使用。
（二）磁學性質
當代機硬碟系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而奈米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用於資訊儲存的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。巨磁電阻效應的讀出磁頭可將磁碟的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時奈米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關係，所以也可以用作新型的磁感測材料。高分子複合奈米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收係數比傳統粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收係數至少比傳統粗晶材料低3個數量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數量級，從而在光磁系統、光磁材料中有著廣泛的應用。
（三）電學性質
由於晶介面上原子體積分數增大，奈米材料的電阻高於同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用奈米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的奈米器件具有超高速、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。2001年用碳奈米管制成的奈米電晶體，表現出很好的晶體三極體放大特性。並根據低溫下碳奈米管的三極體放大特性，成功研製出了室溫下的單電子電晶體。隨著單電子電晶體研究的深入進展，已經成功研製出由碳奈米管組成的邏輯電路。
（四）熱學性質
奈米材料的比熱和熱膨脹係數都大於同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由於介面原子排列較為混亂、原子密度低、介面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、奈米複合材料的機械耦合效能應用方面有其廣泛的應用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉換為熱能。