纳米是一种长度单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度。20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。纳米技术、信息技术与生物技术被称为二十一世纪的三大主导技术。纳米技术的发展将对材料科学、生命科学、医学产生极大的影响。在物质世界的微观和宏观两个领域内，人类取得了巨大的进步，而介于它们之间1—100纳米的世界里,科学家们发现了一些物理、化学上的奇异现象，比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散率、磁化率等完全不同于我们现有的常识，由这些全新的发现可能导致的全新理论的问世将给人类常来重大的影响，会成为一场持续的革命。

纳米技术的三种概念

纳米技术是出现于上个世纪后期的一门新兴技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。由迄今为止的研究状况看，关于纳米技术可分为以下三种概念。

第一种概念是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为如果把电路的线幅变小，将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

所谓纳米技术，是指在0.1－100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。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。

纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，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到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引发21世纪又一次产业革命。

纳米材料

纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。包括纳米微粒与纳米固体。纳米微粒通常>lnm，需用电子显微镜才能看到。纳米固体系纳米结构材料，尺寸为1～100nm的纳米微粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维。又分为晶态、准晶态和非晶态三类。

纳米材料技术(包括纳米相材料技术和纳米复合改性技术)是缘于纳米颗粒的性能发生了变化，从而使纳米材料在力学、磁学、热学、光学、电学、催化等性能及生物活性方面发生变化，因而被广泛应用于各种材料领域。我国的纳米材料（技术）基础研究和国际同步发展，有些研究领域处于国际先进水平，但纳米材料应用技术开发，与发达国家相比多数领域还存在不小差距。

纳米材料的奇异特性

纳米材料有三大效应

（1）表面效应。比表面积（表面积/体积）与直径成反比，直径越小，比表面积将显著增大，当直径小于0.1微米时，其表面原子百分数剧烈增长，如一克纳米材料表面积之和可达100平方米。纳米材料没有固定的形态，不同于一般固体，也不同于液体是一个准固体，随着时间的改变会自动形成各种状态，在电子显微镜的电子束照射下，表面原子好象火烧开一样的“沸腾”状态，似布朗运动。利用这种表面活性可望制成高效催化剂、贮气材料和低熔材料。例如金、钢材料到纳米级后在低温就能熔化。

（2）小尺效应。就是物质颗粒尺寸变得很小很小所引起的宏观物理性质的变化。如光学、热学、力学、导电性能化学性能的变化，在光学性质上，所有金属的纳米级大小时其颜色都呈黑色（尺寸越小，颜色越黑），因为对光的反射率很低（通常　1%）。镀上几微米厚度就可完成消光功能，把太阳能高可作高效光热、光电等转换材料，把太阳能高效转变成热能、电能，又可应用于红外敏感元件，红外隐身技术（隐形飞机等）。在热学性质上，固体物质金属熔点都是固定的，但到了纳米级后黄金熔点从10640C降至3720C，银熔点从6700C降至1000C以下，灯泡丝加入0.1－0.5%纳米镍后烧结温度从30000C降至1200-13000C，这种性质对节能降耗意义重大。在磁学性质上，超微磁性氧生物具有高密度储存特性，用它制作的磁盘一次可储20万部红楼梦资料。在力学性质上，硬面脆的陶瓷在用纳米陶瓷粉制作后的产品具有良好的韧性，还有一定的塑性，可用在汽车发动机等方面。纳米碳管，只有头发1/7粗，强度是钢的1000倍，这种又轻又柔软的材料可做成绳线索防弹背单等一系列新产品。在导电性能上，用纳米技术制造的计算机，动转能力可提高1000倍，而功率仅为目前的万分之一，并且体积大大减小。用碳纳米管作导体元件和导线，可制作微型电脑及超薄电视机。在化学性能方面，纳米级净水剂其吸附能力是普通净水剂的10-20倍，纳米孔径可滤去细菌病毒，纳米微粒有防紫外线，还有降低机器运转噪声、泄漏及气体污染等性能。

（3）纳米材料还存在着宏观量子隧道效应。

纳米技术的战略地位

之所以把纳米技术称为21世纪的主导技术，主要是基于以下几个方面：

（1）从信息技术及其产业发展来看，计算机技术从20世纪70年代开始，每5—7年都有一个大变化。一是每18个月单位面积存储信息量要增加一倍，而且价格更便宜；二是计算机每隔5—7年尺寸要缩小10倍，价格便宜10倍，同时计算的速度提高10倍。1998年，美国明尼苏达大学率先研制出量子磁盘，已经进入市场，2005年将创造400亿的产值。一个量子磁盘只有100纳米大小，完全是纳米阵列，它的存储密度是465G，相当于1011，我们现在磁盘是106，一个量子磁盘相当于我们现在的磁盘10万个到100万个。这样一个器件，就要用纳米材料，在纳米尺度内加工。

（2）从生物技术及其产业发展来看，在人类测定出基因组排序以后，我们对遗传疾病、疑难病症又有了新的认识，而且利用基因排序，可以进行医药、医疗方面的研究。目前，基因芯片研究已经进入实验室，生物芯片组装就是用纳米技术，而生物酶也是纳米尺度，这些研究对象是纳米生物学研究内涵之一，下一步生物技术的发展，就要和纳米技术相结合。譬如为什么病毒顽固，现在没有一种药物能治疗，就因为它非常小，用纳米结构组装一种寻找病毒的药物后，艾滋病、病毒性感冒等都可以治疗，2003年以后这将成为又一个研究热点。生物技术，包括生物制药等相关产业发展应用纳米技术已是刻不容缓。

（3）从下一次工业革命的特点来看，节约资源、节约能源、净化环境是下一次工业革命的必然趋势。在下一次工业革命中要想节约资源、能源，就要用纳米尺度的材料做成器件，它的特点是工具小、节省材料、能耗低。纳米技术在新的工业革命当中将发挥重要的作用。

（4）从纳米产业未来的市场发展来看，世界各国正在纷纷抢占纳米产业这个巨大的市场。对未来纳米材料所创造的产值，德国早在1997年就预测：2000年全世界纳米技术和相关产业产值为3700亿马克。实际上，2000年是3700亿美元，比预测高出2倍，而且主体纳米材料产业贡献比较大；2005年是7800亿马克；到2010年要达到22000亿马克，按当时比价可达14400亿美元，相当美国现在的GDP。在这个市场中，美国要占据一半，理由是现在美国GDP为8万亿美元，几乎也是接近全世界的一半。近年来，美国、日本、德国加大了对纳米技术研究的投资力度。1997—2000年，美国是1．9亿美元，还不如日本多，日本1．98亿美元，但是在2000年，美国在这方面的研究投资增加了一倍，达4．98亿美元，尽管日本经济不太景气，仍投入了4．2亿美元，德国决策投资3．7亿美元。我国也十分重视在这方面的投入，2000年，朱镕基总理接见中国科学院副院长白春礼院士时说，中国也要投资5亿人民币，5年累计投入25亿来发展纳米技术。今年1月18日，国家纳米科技协调指导委员会成立，组织专家起草了中国纳米科技发展纲要。《纲要》提出：除了支持现有项目外，还要开展若干个纳米专项研究，建立两个技术平台、若干个核心实验室，要在全国布局若干个纳米技术工程示范中心，建立若干个示范产业，而且要辐射若干个相关产业。

纳米技术的应用

著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在60年代就预言，如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。 纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面：

（1）在陶瓷领域的应用

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。

（2）在微电子学上的应用

纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。

（3）在生物工程上的应用

虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。

（4）在光电领域的应用

纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。

（5）在化工领域的应用

将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。

（6）在医学上的应用

纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应；使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）诊断出各种疾病。

科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。

（7）在分子组装方面的应用

如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸质疑，许多发达国家都投入了大量资金进行研究，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”