1．納米和納米技術
納米（Nano meter）又稱為毫微米，是一種長度計量機關。把1米分成10億份,每一份就是1納米（1nm=10-9m）。這個計量機關在日常生活中很少出現,因為它實在是太小。拿“大東西”——頭發相比,一根普通頭發就有6萬到7萬納米粗,拿“小東西”——原子相比,1納米也就是5個原子排列起來的長度。
1982年,一種奇特的顯微鏡(掃描隧道顯微鏡)發明後,便誕生了一門以0.1至100納米尺度空間為研究對象的前沿學科,也就是研究電子、原子和分子運動規律、特性的高新學科,它就是納米科技。
納米技術 指的是在0.1納米到幾百納米的尺度範圍内對原子、分子進行觀察、操縱和加工制造出具有特定功能的物質及産品的技術。
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在20世紀，人們已經對毫微米技術運用的得心應手。但是，當人們企圖向更微小的領域¾ 納米尺度推進時，卻遇到了極大的阻力。科學家們發現，在納米尺度上物質發生了許多不同于宏觀世界的奇特的實體和化學變化。許多我們習慣了的概念和方法在納米範圍行不通了。 例如，我們稱電子的流動叫電流，是形容它象水流動一樣沿着導體傳輸。但是，如果這個導線的直徑隻有幾十納米時情況會怎樣呢？研究發現，在波粒二象性的原則下，這時的電子是在波動地前進，導線已經不能對它進行有效的限制。這就是詭秘莫測但又充滿誘惑的納米世界，這裡有多少未知的寶藏有待開發。
二．納米材料的特點
特殊的光學性質
當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，便失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀态都呈現為黑色。尺寸越小，顔色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。
由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地将太陽能轉變為熱能、電能。此外又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隐身技術等。1991年春的海灣戰争，美國執行空襲任務的F－117A型隐身戰鬥機，其機身外表所包覆的紅外與微波隐身材料中就包含有多種納米超微顆粒，它們對不同波段的電磁波有強烈的吸收能力，以欺騙雷達，達到隐形目的。在海灣戰争中使用了該項技術，成功地實作了對伊拉克重要軍事目标的打擊。
特殊的熱學性質
固态物質在其形态為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化後卻發現其熔點将顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。
例如，金的正常熔點為1064℃，當顆粒尺寸減小到10納米尺寸時，則降低27℃，2納米尺寸時的熔點僅為327℃左右；銀的正常熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。是以，超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑膠。
金屬納米顆粒表面上的原子十分活潑。實驗發現，如果将金屬銅或鋁作成納米顆粒，遇到空氣就會激烈燃燒，發生爆炸。可用納米顆粒的粉體作為固體火箭的燃料、催化劑。例如, 在火箭發射的固體燃料推進劑中添加l％重量比的超微鋁或鎳顆粒，每克燃料的燃燒熱可增加l倍。
特殊的磁學性質
人們發現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨識方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它遊向營養豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體内通常含有直徑約為 2*10-2微米的磁性氧化物顆粒。
小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料有顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為 80安／米，而當顆粒尺寸減小到 2*10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于 6*10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。
利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用于錄音帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已将磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。
特殊的力學性質
由于納米材料粒度非常微小,具有良好的表面效應,1克納米材料的表面積達到幾百平方米。是以,用納米材料制成的産品其強度、柔韌度、延展性都十分優越，就象一種有千萬對腳的毛毛蟲，當它吸附在光滑的玻璃面上時，由于接觸面積大，12級台風有也吹不掉它。
陶瓷材料在通常情況下呈脆性，陶瓷茶壺一摔就碎，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，竟然可以象彈簧一樣具有良好的韌性。 因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，是以表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。
研究表明，人的牙齒之是以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬---陶瓷等複合納米材料，則可在更大的範圍内改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。
特殊的電學性質
把自由運動的電子囚禁在一個小的納米顆粒内或一根非常細的短金屬線内，線的寬度隻有幾個納米，會發生十分奇妙的事情。
由于顆粒内的電子運動受到限制，電子能量被量子化了。結果表現為當在金屬顆粒的兩端加上電壓，電壓合适時，金屬顆粒導電；而電壓不合适時金屬顆粒不導電。原來是導體的銅等金屬，在尺寸減少到幾個納米時就不導電了；而絕緣的二氧化矽等，電阻會大大下降，失去絕緣特性，變得能導電了。
還有一種奇怪的現象，當金屬納米顆粒從外電路得到一個額外的電子時，金屬顆粒具有了負電性，它的庫侖力足以排斥下一個電子從外電路進入金屬顆粒内，進而切斷了電流的連續性。
這就使得人們想到是否可以發展用一個電子來控制的電子器件，即所謂的單電子器件。
單電子器件的尺寸很小，一旦實作，并把它們內建起來做成計算機晶片。計算機的容量和計算速度不知要提高多少倍.
三．國際納米技術的研究與進展
納米技術作為21世紀最重要的一項高技術，已成為國際科學界和工程技術界研究的熱點。早在1993年,中國科學院北京真空實體實驗室的科研人員在顯微鏡下,将一個個原子像下棋一樣自如擺放,“寫”出了“中國”二字和“畫”出了“中國地圖”。而IBM公司1996年11月宣布造出了超微型碳分子算盤,算盤架是蝕刻而成的銅槽和銅脊,槽脊柱隻有一個原子高, 算盤珠是由60個碳原子組成。日本本田汽車公司用微型部件組裝了一輛一粒米那麼大的能開動的微型汽車。德國美因茲微技術研究所制造了一架隻有黃蜂那麼大的直升飛機,重量不到0．5克,能升空130毫米,它的目的是要證明制造高性能一微伏發動機是可能的。這種發動機隻有削尖了的鉛筆尖那麼大,但轉速可達每分鐘10萬轉,最終可用作電子顯示器、手表、錄影機和雷射掃描器的驅動器, 也許最早的應用将是在微型外科器械方面。
像20世紀70年代微電子技術引發資訊技術革命一樣, 納米技術已經和正在引發一次新的工業革命,成為資訊時代的核心技術,進而對目前的産業結構産生重大影響。世界上一些科技發達國家都競相将納米技術列為面向21世紀戰略性基礎研究的優先項目,并投入巨資搶占納米技術戰略高地。最近日本設立納米材料研究中心,把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點;德國也把納米技術列為新世紀創新的戰略領域,19家研究機構專門建立納米技術研究網;美國更是将納米計劃視為下一次工業革命的核心,僅美國政府部門在納米科技基礎研究方面的投資,就從1997年的1億多美元增加到2001年的近5億美元,試圖要像微電子那樣在這一領域獨占老大地位。一時間,“納米熱”遍及全球。
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