納米是英文namometer的音譯，是物理學中的壹種計量單位，1納米是十億分之壹米；相當於45個原子排列起來的長度。通俗地說，它相當於壹根頭發絲粗細的萬分之壹。與毫米和微米壹樣，納米也是壹個尺度概念，沒有物理意義。當材料達到納米尺度時，大約在 1-100 納米這個空間範圍內，材料的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種具有特殊性能的材料既不同於原來的原子和分子組成，也不同於宏觀的材料組成，即納米材料。如果只是尺度達到納米，而沒有特殊性質的材料，也不能稱為納米材料。過去，人們只註意原子、分子或宇宙空間，往往忽視了這壹中間領域，而這壹中間領域實際上大量存在於自然界中，只是以前沒有認識到這壹尺度範圍的性能而已。最早真正認識到它的性能並引用納米概念的是日本科學家，他們在 20 世紀 70 年代用蒸發法制備出超微離子，並通過對其性能的研究發現：壹種導電、導熱的銅、銀導體進入納米尺度後，便失去了原有的導電性能，既不導電，也不導熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成20-30納米左右的尺寸，磁疇就變成了單疇，它的磁性能比原來高出1000倍。80年代中期，人們正式把這種材料命名為納米材料。
在充滿生機的21世紀，信息、生物、能源、環境、先進制造技術和國防的快速發展必然對材料提出新的需求，元器件的微型化、智能化、高度集成化、高密度存儲和超快速傳輸對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備和先進制造技術等對材料的性能要求越來越高。新材料的創新，以及在此基礎上誘發的新技術的創新。新產品的創新是未來 10 年對社會發展、經濟振興和國力增強最有影響的戰略研究領域，而納米材料將是發揮重要作用的關鍵材料之壹。納米材料和納米結構是新材料研究領域中最具活力的研究對象，對未來經濟社會發展具有十分重要的影響，也是納米技術應用最活躍、最接近的領域。近年來，納米材料和納米結構取得了令人矚目的成就。例如，存儲密度達每平方厘米400g的磁性納米棒陣列量子盤，低成本、發光波段可調的高效納米陣列激光器，低成本、高能量轉換的納米結構太陽能電池和熱電轉換元件，用作軌道炮軌道的耐燒蝕、高強度和高韌性的納米復合材料等等，充分表明它在國民經濟新的支柱產業和高新技術領域的應用。充分顯示了它在國民經濟新興支柱產業和高新技術領域的巨大潛力。正如美國科學家估計的那樣，"這種人們肉眼看不見的微小物質很可能在各個領域帶來壹場革命"。納米材料和納米結構的應用，將為調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新產業和註入高科技含量改造傳統產業提供新的機遇。納米材料和納米結構研究的科學意義在於，它開辟了人們認識自然的新境界，是知識和創新的源泉。由於納米結構單元的尺度（1~100urn）與物質中的許多特征長度相當，如電子的德布羅意波長、超導相幹長度、隧穿勢壘厚度和鐵磁臨界尺寸等，這就導致納米材料和納米結構的物理和化學性質既不同於微觀原子和分子，也不同於宏觀物體，從而把人們探索自然和創造知識的能力擴展到宏觀和微觀物體之間的水平。在宏觀物體和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象、認識新規律、提出新概念、建立新理論，將為構建納米材料科學體系的新框架奠定基礎，並將極大地豐富納米物理、納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交，高韌性納米陶瓷和超強納米金屬仍是納米材料領域的重要研究課題；納米結構設計、異質、異相和不同性質納米基質元素的組合（零維納米顆粒、壹維納米管、納米棒和納米絲）。納米基質元素的表面改性修飾等成為當今納米材料研究的新熱點，人們可以更加自由地按照自己的意願合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理器件和納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。1 研究現狀與趨勢 納米材料制備與應用研究產生的納米技術有可能成為下世紀頭 20 年的主導技術，帶動納米產業的發展。世紀之交世界先進國家都從未來發展戰略的高度來重新布局納米材料的研究，在千年交替的關鍵時刻，迎接新的挑戰，抓好納米材料和柏拉圖結構的立項，迅速組織科技人員圍繞國家確定的目標開展研究就顯得十分重要。國家誕生多年來，納米材料所取得的成就及其對各領域的影響和滲透是顯著的。進入 20 世紀 90 年代，納米材料研究的內涵不斷擴大，領域逐步拓寬。壹個突出的特點是，基礎研究與應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果轉化的速度超出了人們的預期，基礎研究和應用研究都取得了重要進展。美國已成功制備出晶粒為 50urn 的納米銅材料，硬度比粗晶銅提高 5 倍；晶粒為 7urn 的 pd，屈服應力比粗晶 pd 高 5 倍；具有高強度的金屬間化合物的塑化問題壹直引起人們的關註，晶粒納米化為解決這壹問題帶來了希望，根據納米材料的發展趨勢以及它在本世紀高新技術發展中的重要地位，世界發達國家的政府都在部署未來10～15年的納米技術研究計劃。1998 年，美國國家科技基金會（NSF）向全國科技界招標，將納米功能材料的合成、加工和應用作為重要的基礎研究項目；美國先進技術研究部（Darpa）也在多個計劃中將納米科學技術作為重要的研究對象；日本近年來針對納米科學技術制定了多種計劃，如 ogala 計劃、erato 計劃和基礎量子功能器件計劃等。1997年，納米技術投資1.28億美元；德國科研技術部幫助聯邦政府制定了從1995年到2010年的15年納米技術發展計劃；英國政府拿出巨額資金資助納米技術研究；1997年，西歐投資1.2億美元。據 1999 年 7 月 8 日《自然》雜誌最新報道，納米材料的應用潛力已引起美國白宮的重視，美國總統克林頓親自過問納米材料和納米技術的研究，並決定加大對納米材料和納米技術研究的投入，將今後 3 年的經費從 2.5 億美元增加到 5 億美元。這表明，納米材料和納米結構的研究熱潮將在下個世紀長期保持發展勢頭。2 國際動態與發展戰略 1999 年 7 月 8 日，《自然》（第 400 卷）發表了壹篇題為 "美國政府計劃增加投資以支持納米技術的興起 "的重要新聞。文章報道，美國政府將在三年內把納米技術研究的投資翻壹番，從 2.5 億美元增加到 5 億美元。克林頓總統將於明年 2 月向國會提交壹項支持納米技術研究的法案，供國會批準。為了加快美國對納米材料和技術的研究，白宮已采取臨時緊急措施，將資助力度從原來的1.97億美元增加到2.5億美元。據美國《商業周刊》8月19日報道，美國政府決定將納米技術研究列為21世紀前10年的11個重點領域之壹，《美國商業周刊》中把握21世紀可能在納米技術領域取得重要突破的三個領域包括（另外兩個為生命科學和生物技術、從外星球獲取能源）。美國白宮之所以在 20 世紀即將結束的關鍵時刻突然如此重視納米材料和技術，原因有二：首先，德國科技部在 1996 年對納米技術的市場進行了預測，估計其市場規模可達 14 400 億美元，而美國正試圖在如此誘人的市場中占有相當大的份額。美國基礎研究負責人威廉姆斯說，納米技術的應用範圍將遠遠超出計算機行業。美國白宮戰略規劃辦公室也認為納米材料是納米技術最重要的組成部分。在《自然》的報道中還特別提到，美國已在納米結構組裝系統和高比表面納米粒子的制備與合成方面引領世界潮流，在納米功能塗層改性設計和納米材料在生物技術中的應用方面與歐洲***體並列世界第壹，納米尺寸度組分和納米級固體也要與日本分開。1999年7月，美國加州大學洛杉磯分校和惠普公司研制成功100urn芯片，1998年美國明尼蘇達大學和普林斯頓大學制備成功量子磁盤，這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列系統，10bit/s大小的密度為109bit/s，美國商人已組織有關人員迅速改造，預計2005年市場將達400億美元。1988年，法國人首先發現了巨磁阻效應，以巨磁阻為原理的納米結構器件已於1997年在美國問世，在磁存儲器、磁存儲器和計算機讀寫磁頭方面將有重要的應用前景。最近，美國柯達公司研究部門成功研究出壹種具有顏料和分子染料功能的新型納米粉體，有望給彩色印刷橡膠帶來革命性的變化。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品等方面的改性很可能為傳統產業和產品註入新的高科技含量，成為未來市場的重要份額。納米材料在醫藥方面的應用研究也使人們關註，正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術將占據重要的戰略地位。原因之二是納米材料與技術領域是知識創新和技術創新的源泉，新規律、新原理的發現和新理論的建立為基礎科學提供了新的機遇，美國計劃接過這壹領域基礎研究的 "老大 "位置。3 國內研究進展 我國納米材料研究始於80年代末，"八五 "期間，"納米材料科學 "列入國家攀登計劃。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委組織了8個重大和重點項目，並組織有關科技人員在納米材料的各個分支開展工作，國家自然科學基金委員會也資助了20多個項目，國家 "863 "新材料主題中就有納米材料的相關研究項目。1996 年以後，納米材料的應用研究出現了可喜的開端，地方政府和壹些企業家的介入，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前，我國有 60 多個研究團體，600 多人從事納米材料的基礎和應用研究，其中，承擔國家重大基礎研究項目並較早開展納米材料研究工作的單位有：中國科學院上海矽酸鹽研究所、南京大學。中國科學院固體物理研究所、中國科學院金屬研究所、中國科學技術大學物理學院、中國科學院化學研究所、清華大學，以及吉林大學、東北大學、西安交通大學、天津大學、青島化工學院、華東師範大學、華東理工大學、浙江大學、中國科學院大連化學物理研究所、長春應用化學研究所、長春物理研究所、長春應用化學研究所、長春物理研究所、長春光化學研究所等。還開展了納米材料的基礎研究和應用研究。近 10 年來，中國的納米材料基礎研究取得了令人矚目的重要研究成果。已采用多種物理和化學方法制備出金屬和合金（結晶、非晶和納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物的納米粉體，建立了相應的設備，使納米顆粒的尺寸可控，並制成納米薄膜和塊體。我們在納米材料的表征、團聚體的引發和消除、表面吸附和解吸、納米復合顆粒和粉體的制備等各個方面都進行了創新，並取得了重大進展，成功研制出密度高、形狀復雜、性能優越的納米陶瓷；在世界上首次發現納米氧化鋁晶粒在拉伸疲勞應力集中區具有超塑性變形；在世界上首次發現納米鈣鈦礦類化合物顆粒的磁轉變超過金屬 gd；設計制備了納米復合氧化物新體系，其中紅外波段吸收率可達 92%，並應用於紅外保暖纖維；開發了制備納米合金的非晶完全結晶新方法；發現全致密納米合金中的反常霍爾合金；發現了全致密納米合金中的反常霍爾萃取效應。近年來，我國在功能納米材料研究方面取得了令世人矚目的成就。壹是大面積定向碳管陣列的合成：采用化學氣相法高效制備純碳納米管技術，該技術合成的納米管孔徑基本壹致，約為20urn，長度約為100pm，納米管陣列的面積達到3mm 3mm。這種大面積定向納米碳管陣列在平板顯示器的場發射陰極等方面有重要應用。這種大面積取向納米碳管陣列在平板顯示器的場發射陰極中具有重要的應用前景。這方面的文章於 1996 年發表在美國《科學》雜誌上。二是超長碳納米管的制備：首次大量制備出長度為 2～3mm 的超長取向碳納米管陣列。這種超長碳納米管比現有碳納米管長 1 到 2 個數量級。這項成果發表在 1998 年 8 月出版的英國《自然》雜誌上。英國《金融時報》以 "碳納米管進入超長階段 "為題介紹了超長納米管的研究工作。三是氮化物納米棒的制備：首次以碳納米管為模板，成功制備出直徑為 3 至 40 urn、長度為微米的壹維藍色氮化物納米棒，並提出了碳納米管作為限制反應物的概念。這壹成果被評為 1998 年中國十大科技新聞之壹。第四，研制成功矽襯底碳納米管陣列，推動了碳納米管在場致平面和納米器件中的應用。第五，制備成功壹維納米絲和納米電纜，該成果的研究論文在瑞典舉行的 1998 年第四屆國際納米會議上宣讀後，受到許多外國科學家的高度評價。六是用苯熱法制備了納米氮化鋅微晶；發現了非水溶劑熱合成技術，首次在 300℃左右制得粒徑達 30urn 的氮化鋅微晶。還利用苯合成法制備了氮化鉻（crn）、磷化鈷（cop）和硫化銻（sbs）納米晶體，相關論文發表在 1997 年的《科學》雜誌上。第七，催化熱解法制備納米金剛石；利用中溫（70°C）催化熱解法，在高壓釜中使四氯化碳和鈉發生反應，制備出金剛石納米粉體，論文發表在 1998 年的《科學》雜誌上。美國《化學與工程新聞》雜誌也發表了題為《稭稈變黃金--從四氯化碳（cc14）到金剛石》的文章，給予了高度評價。我國在納米材料和納米結構研究方面已有 10 年的工作和積累，在 "八五 "攻關的基礎上，初步形成了幾個納米材料研究基地，中國科學院上海矽酸鹽研究所、南京大學、中國科學院、中國科學院固體物理研究所、中國科學院金屬研究所、中國科學技術大學物理研究所、清華大學、中國科學院化學研究所等已形成我國納米材料與納米結構基礎研究的重要單位。無論是從研究對象的前瞻性和基礎性分析，還是從成果的學術水平和應用性分析，它們都為我國納米材料研究在國際上占有壹席之地、促進我國納米材料研究的發展和培養高層次納米材料研究人才做出了貢獻。這些單位在銜接納米材料基礎研究和應用研究、加速成果轉化方面也發揮了重要作用。這些單位仍是當前和今後壹個時期我國納米材料與納米結構研究的骨幹力量。近 10 年來，我國建立了多種制備納米材料的物理和化學方法，開發了氣體蒸發、磁控濺射、激光誘導 cvd、等離子體加熱氣相合成等 10 余種制備納米材料的裝置、並開發了化學**** 沈澱、溶膠-凝膠、微乳液熱、非水溶劑合成和超臨界液相合成等方法制備包括金屬、合金、氧化物、氮化物、碳化物、離子晶體和半導體在內的納米材料，研制出多種性能優異的納米復合材料。近年來，我們根據國際納米材料研究的發展趨勢，建立和發展了各種納米結構（如納米有序陣列、介孔組裝體系、mcm-41 等）的制備方法，特別是自組裝體系。)組裝體系，特別是自組裝和分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長、介孔內延生長等方法，成功制備了多種準壹維納米材料，包括金屬、合金、氧化物、碳化物、離子晶體和半導體等。成功制備了多種準壹維納米材料和納米組裝體系。這些方法為進壹步研究納米結構和準壹維納米材料的物理性質，促進其在納米結構器件中的應用奠定了良好的基礎。納米材料和納米結構的評價手段基本齊全，在 20 世紀 90 年代末已達到國際先進水平。綜上所述，"八五 "期間，我國納米材料研究取得了壹批創新性成果，形成了壹支高水平的科研隊伍，基礎研究在國際上占有壹席之地，應用開發研究出現了新局面，為我國納米材料研究的繼續發展奠定了基礎。國內外科技工作者在學術刊物上***發表納米材料和納米結構的論文2400多篇，在國際上排名第五位，其中碳納米管和納米團簇在1998年歐洲文獻情報交流會上德國馬普固體研究所的壹份研究報告中報道，中國科技工作者發表的論文已超過德國在國際上的排名，在國際歷屆納米材料和納米結構國際會議上排名第三。在歷次召開的納米材料與納米結構國際會議上，我國納米材料科技工作者***做邀請報告24次。截至目前，納米材料研究共獲得國家自然科學獎三等獎1項，國家發明獎2項；院、部級自然科學壹、二等獎3項，發明壹等獎3項，科技進步特等獎1項；申請專利79項，其中發明專利占50%，6項發明專利已正式授權，6項發明專利已實現成果轉化。近年來，我國納米科技工作者在國際上發表了壹些有影響的學術論文，引起了國際同行的關註和好評。在《自然》和《科學》雜誌上發表的關於制備納米材料和納米結構的論文6篇，影響因子在6以上的學術論文（phys.rev.lett，j.ain.chem.soc．）近20篇，影響因子在3以上的論文31篇，發表的論文有59％被sci和ei收錄。1998 年 6 月，在瑞典斯德哥爾摩召開的第四屆國際納米材料會議上，對中國的納米材料研究給予了高度評價，指出中國這幾年在納米材料制備方面取得了令人振奮的成果，並在大會總結時，選擇了在納米材料研究方面取得較好成果的 8 個國家在閉幕式上作了介紹，中國在美國、日本、德國、瑞典之後作了介紹，然後作了大會發言。中國在美國、日本、德國、瑞典之後介紹。
4 納米技術產業的發展趨勢
（1）納米技術在信息產業中的應用：信息產業不僅在國外，在我國也占有舉足輕重的地位。2000 年，我國信息產業創造了 5800 億元的國內生產總值。納米技術在信息產業中的應用主要體現在三個方面：①網絡通信、寬帶網絡通信、納米結構器件、芯片技術和高清晰數字顯示技術。因為不管是通信、集成還是顯示器件，都需要原器件，美國已開始研制，現在已有單電子器件、隧道電子器件、自旋電子器件，這種器件已在實驗室研制成功，並有可能在 2001 年進入市場。光電子器件、分子電子器件、巨磁電子器件，這方面我國還很落後，但這些原始器件變成商品進入市場還需要 10 年時間，所以我國在這些方面的研究應領先 15 到 20 年。網絡通信關鍵納米器件，如激光器、濾波器、諧振器、微電容器、微電極等方面的研究，我國在安徽省的水平並不落後。在納米材料中加入氧化鋅，可以對壓敏電阻、非線性電阻等進行改性。
（2）納米技術在環保產業中的應用：納米技術是降解空氣中 20 納米和水中 200 納米汙染物不可替代的技術。要凈化環境，必須使用納米技術。我們現已制備成功可降解甲醛、氮氧化物、壹氧化碳的設備，可使空氣中大於10ppm的有害氣體降到0.1ppm，該設備已進入實用化生產階段；利用多孔球體組合的光催化納米材料，已成功用於汙水中苯酚等有機物的降解，對其他傳統技術難以降解的有機汙染物，有很好的降解效果。對於苯酚等其他傳統技術難以降解的有機汙染物，也有很好的降解效果。近年來，不少企業致力於將光催化等納米技術移植到水處理行業，用於改善水質，已初見成效；利用稀土氧化鈰與貴金屬納米復合技術對汽車尾氣處理器零部件的改造效果也非常明顯；治理淡水湖泊內藻類誘發的汙染最近已在實驗室初步研究成功。
（3）能源環保中的納米技術：合理利用傳統能源和開發新能源是我國當前和今後的壹項重要任務。在合理利用傳統能源方面，現在主要是凈化劑、助燃劑，它們可以使煤炭充分燃燒，在自循環中燃燒，使硫化物減少排放，不再需要輔助裝置。此外，利用納米改進汽油、柴油的添加劑已經有了，其實它就是壹種可以燃燒的液態小分子團簇物質，有燃燒、凈化的作用。國外在開發新能源方面進展較快的是把不可燃氣體變成可燃氣體。現在國際上主要研發能量轉換材料，我國也在做，它包括把太陽能轉換成電能、把熱能轉換成電能、把化學能轉換成電能等。
（4）納米生物醫藥：這是我國進入wto後最有前途的領域之壹。目前，國際醫藥產業正面臨著壹個新的抉擇，那就是用納米尺度發展醫藥產業。納米生物醫藥是從動植物中提取所需的物質，然後在納米尺度上進行組合，最大限度地發揮藥效，這正是我國中醫藥的理念。提取精華後，用人體可以吸收的糖、澱粉等極小的骨架，制成高效的緩釋藥和靶向藥。有了納米技術，傳統藥物的改良可以更上壹層樓。
（5）新型納米材料：雖然新型納米材料不是最終產品，但卻非常重要。據美國計算，到21世紀30年，汽車上40%的鋼鐵和金屬材料要被輕質高強材料取代，這樣可以節省40%的汽油，減少40%的co2，排放，就這壹項，每年美國就可以創造1000億美元的社會效益。另外，還有多種功能材料，玻璃透明度好但重量重，用納米改進它，使它更輕，這樣這種材料不僅有機械性能，還具有其他功能，有變光變色、蓄光、反射各種紫外線和紅外線、吸光、蓄光等功能。
（6）納米技術改造傳統產業：對我國來說，當前是納米技術切入傳統產業，將納米技術與各領域技術相結合的最佳時機。首先是家電、輕工、電子行業。合肥美菱集團從 1996 年開始研制納米冰箱，可折疊的 pvc 磁性冰箱門封條不發黴，用抗菌塗料，裏面的果盤都用了納米材料，輕工、電子和家電業的發展可以帶動塗料、材料、電子元件等產業的發展；其次是紡織業。人造纖維是化學纖維和紡織工業發展的趨勢，我國紡織要想在進入wto後能夠占據有利地位，現在就要全方位應用納米技術、納米材料。去年關於保溫、隔熱服的電視宣傳中，就提到了納米技術的應用，特殊功能有防靜電、阻燃等，把納米導電材料組裝到裏面，可以在11萬伏的高壓下，對人體進行屏蔽，從這方面來看，紡織行業應用納米技術的形勢壹片大好；第三是電力行業。利用納米技術改造20萬伏和11萬伏變壓器的輸電花瓶，可以全方位提高11萬伏花瓶的抗電擊性能，而且釉面不結霜，其他綜合性能非常好；第四是建材行業中的油漆塗料，包括各種陶瓷、釉料、墨水，納米技術的介入，可以使產品的性能升級。
1999年8月20日《商業周刊》在展望21世紀可能有突破性進展的領域時，對生命科學和生物技術、納米科學和納米技術以及從外星球獲取能量進行了預測和評價，並指出這是人類跨入21世紀的新挑戰和新機遇。諾貝爾獎獲得者洛雷爾也曾說過，70年代強調微米的國家現在都是發達國家，現在強調納米技術的國家在下個世紀很可能成為先進國家。挑戰是嚴峻的，機遇是難得的，我們必須更加重視納米技術的研究，重視納米技術與其他領域的交叉，加快知識創新和技術創新，為21世紀中國經濟的騰飛打下堅實的基礎。
編者按：激動人心的納米時代已經到來，人們的生活將瞬間發生巨大的變化，然而，我們也應該清醒地看到，目前市場上真正成熟的納米材料並不多。中國科學院院士白春禮認為，"真正意義上的納米時代還沒有到來，我們正滿懷信心地迎接納米時代的到來"。
白春禮說："人類進入納米技術時代的重要標誌是納米器件的研制和應用水平。"納米技術發展到今天，離納米時代的到來還有多遠，白春禮說："納米研究還有很多基礎研究在進行，在納米尺度上還有大量的原理問題尚待研究，納米技術現在的發展水平大致相當於20世紀50年代計算機技術的發展水平，人類最終進入納米時代還需要30到50年的時間，50年後納米技術很可能像今天的計算機技術壹樣普及。"
對於納米技術，科學的態度是積極參與，腳踏實地地推動這壹前沿科技的健康發展，既不是商業炒作，也不是科學炒作。