(8.3)-纳米材料-前景灿烂

6纳米材料——前景灿烂21世纪最有前途的材料

21世纪社会经济发展的三大支柱之一引领人们认识自然的新层次6.1纳米材料概述

6.1.1纳米科技与纳米材料的概念

(1)纳米科技和纳米材料的含义纳米（nanometer）是长度单位，用nm表示。1nm=10-9m

1nm粒子的大小对于一个足球来说，相当于把一个足球和整个地球做比较。

1、宇观（Cosmoscopic）是指用天文望远镜等各种宇宙探测器能观察到的宇宙尺度，大致为0.1光秒~150亿光年。宇观是我国著名天文学家戴文赛于1962年提出的新概念．2、遥观（Remotesensoscopic）是指用卫星遥感技术能观察到的尺度，大致为1km~30000km.3、宏观（Macroscopic）是指人眼能够直接观察到的尺度，为0.1mm~1km.4、显微观（Optico-microscopic）是指以放大几百倍的光学显微镜能观察到的尺度，大致为1μm~100μm.5、介观（Mesoscopic）是指介于显微观与微观之间的尺度，大致为1nm~100nm，所以也称为纳米观.6、微观（Microscopic）是指原子与小分子的尺度，大致为0.1nm~1nm.7、皮米观（Picoscopic）介于原子和原子核之间的尺度，大致为1pm~100pm.8、飞米观（Fentoscopic）是指原子核的尺度，大致为1fm~10fm.9、亚飞米观（Subfentoscopic）是指夸克和电子的尺度，大致为1am.皮米、飞米、亚飞米观总称为渺观.课外小知识纳米科技是研究结构尺度在1（0.1）～100nm范围内材料体系的运动规律、相互作用及其实际应用的科学技术。在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作原子、分子创制新的物质。多学科交叉的综合性学科体系

纳米材料系指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100nm)的极细颗粒组成的固体材料（如金属、无机非金属、高分子及复合材料等）。三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料

①对颗粒(或粉体)材料而言是指每一个颗粒的直径大小；②对多层薄膜材料而言是指每一层薄膜的厚度；③对于纤维来说是指纤维的横截面直径；④纳米材料还可以指将纳米超微粉体加到其它非纳米基体(如聚合物材料)中仍保持其纳米尺寸并存在纳米尺度界面的材料，称为纳米复合材料；⑤如果宏观上看是一个块体材料，而其显微结构单元(如晶粒)是在纳米尺度，可称之为纳米结构材料。(2)纳米材料的结构单元

(1)零维指空间三维均在纳米尺度，如纳米颗粒、纳米原子团簇（几个至几百个原子的聚集体）等；(2)一维指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米线/丝、纳米棒、纳米管等；(3)二维指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如纳米薄膜、多层膜等。(4)三维指由纳米基本结构单元组成的纳米结构和纳米块体材料等。

(3)纳米材料是“21世纪最有前途的材料”不仅是尺寸减小，在靠近纳米尺度过程中会出现一系列新现象、新特性、新规律。

“我相信纳米科技将在信息时代的下一个阶段占中心地位，并发挥革命的作用，正如20世纪70年代初以来微米技术所起的作用那样；在材料学的领域中，科学家们发现，当材料小到纳米尺度时会出现一些常规材料所不具备的新特性，于是纳米材料学诞生了；在生物学的领域中，人们期待利用纳米技术制造纳米尺度的药物“导弹”，直接命中肿瘤，期待着制造纳米尺度的病理探测器，放到人体中进行癌症的早期诊断，于是纳米生物(医药)学领域应运而生，……。”6.1.2纳米材料的分类从三维外观尺度进行分类Ni纳米颗粒纳米纤维中科院近物所刘杰研究员主持的“西部之光”项目：重离子径迹中纳米微针的形成和制备取得重要进展，金纳米线阵列的相关研究成果已在国际纳米科技领域的著名期刊《纳米技术》(Nanotechnology)上发表(Vol.17,1922-1926,2006)。

通过乙醛还原硝酸银的溶液，使银纳米线在阳极氧化铝薄膜的孔道中生长，反应3h，获得较密集的纳米线。由图可见，银纳米线呈现整齐均一的平行排列，长度达30mm，直径约为53.6nm。杨培东小组研制出的纳米线紫外激光器制备出的氧化锌和氮化镓纳米线

据美国国家科学基金会（NSF）官方网站5月15日报道，NSF将2007年艾伦·沃特曼奖（AlanT.WatermanAward）授予加州大学伯克利分校的化学家杨培东。在较短的时间内，杨培东的实验室开发出了制造复杂纳米线结构的新颖而有效的方法。通过控制自组装纳米线及其方向，杨培东和同事开发出了多种纳米设备，比如宽度仅100纳米的能够产生紫外激光的金属线，有望缩小下一代计算机芯片的定向纳米线结构以及类似太阳能板但更加经济环保的纳米线序列。伦斯勒理工学院一个研究团队将碳纳米管与金属纳米线结合

纳米薄膜佛罗里达大学科研人员最新研制出了一种新型碳素纳米薄膜，它的质量比钢轻10倍，但强度却是钢的250倍。这种新型材料用途广泛，可用于航空、军事、太空以及日常生活等各个领域。这种纳米材料可用于计算机和手机屏幕上，它产生的亮度与现在的阴极管和液晶屏幕技术相当。同时它的导热性能良好，非常适合制造成散热装置，它的散热效果比目前计算机和电子设备所使用的散热器的性能还要好。在将来，纳米薄膜还能帮助人类生产出体积更小的电子设备。这种纳米薄膜还能负载强大的电流，因此它可以外包在飞机的表层。当发生雷击的时候，电流就会迅速通过机身发散出去，不会对机载设备产生危害。同时，它还可以保护机载电子设备避免其受到电磁的干扰和破坏。另外，这种材料还能让军用飞机屏蔽敌方的电磁信号，使雷达无法侦测到飞机。碳素纳米薄膜已列入美国新型复合材料发展与生产计划当中。美军目前十分关心这种新型材料在军事方面的用途。实际上，美国军事实验室和美国空军科学研究办公室已分别投资2500万美元和1200万美元用于研究这种新型纳米材料的应用。6.1.3纳米材料的研发现状与展望(1)纳米材料的发展历程

①沙漠中的异想天开——纳米材料的诞生

1959年诺贝尔奖获得者理查德·费曼对纳米概念的预言纳米材料的鼻祖------德国的物理学家H.格兰特(Gleiter)教授在1984年首次用惰性气体凝聚法制备了具有清洁表面的黑色纳米金属（Fe、Cu、Au、Pa）粉末粒子，然后在真空室中原位加压成纳米固体材料（nanometersizedmaterials），并提出纳米材料界面结构模型。1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具—扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生②形成纳米材料研发的新热潮

1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。1994年在美国波斯顿召开的MRS秋季会议上正式提出纳米材料工程。它是纳米材料研究的新领域，是在纳米材料研究的基础上通过纳米合成、纳米添加发展新型的纳米材料，并通过纳米添加对传统材料进行改性、扩大纳米材料的应用范围，开始形成了基础研究和应用研究并行发展的新局面。1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。

2000年4月，美国能源部桑地亚国家实验室运用激光微细加工技术研制出智能手术刀，该手术刀可以每秒扫描10万个癌细胞，并将细胞所包含的蛋白质信息输入计算机进行分析判断。

2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的戴维·沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕-225的一些原子装入一个形状像圆环的微型药丸中，制造了一种消灭癌细胞的靶向药物。

2001年1月当时的美国总统克林顿签署并发表了一份历史上罕见的“美国国家纳米技术倡议”，它把纳米技术称之为领导下一次工业革命的技术。“设想一下，强度是钢的10倍而重量很小的材料；国会图书馆的所有资料被储存在一块方糖大小的物质上；在癌症只有几个细胞时就能发现它们”。“如果有人问我哪个科学和工程领域最可能对未来产生突破性的影响，我会说是纳米科学和工程。”纳米技术在美国2010年:80万纳米科技人才,GDP1万亿美元,200万个就业机会能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料本世纪前10年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):纳米材料纳米电子学、光电子学和磁学纳米医学和生物学军工:隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料美国总统布什2003.12.3日签署了《21世纪纳米技术研究开发法案》，批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发1962年,久保(Kubo):久保理论国会:21世纪前20年的立国之本著名大企业:纳米实用化技术的计划三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线自洁净玻璃、光催化净化水或空气纳米技术在日本韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技术印度：像抓软件产业那样抓纳米科技德国：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金世界都在迎接纳米时代的到来纳米技术在其它国家1993年，中科院操纵原子写字纳米技术在中国

我国高度重视纳米材料的研究工作，纳米材料科学已作为国家基础性研究重大关键项目列入国家”八五”攀登计划。国家自然科学基金、国家863计划、973计划和国防科技研究规划也都列入了纳米材料研究项目，取得了相当进展。中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列；合成了当时最长的纤维级碳纳米管中国科技大学：氮化镓粉体清华大学：氮化镓纳米棒中国科技大学：从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金”(2)纳米材料发展的三个阶段第一阶段（1990年之前）。主要是在实验室探索,用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。第二阶段（1990～1994年前）。人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,通常采用纳米微粒与纳米微粒复合,纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索,一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（1994年至今）纳米组装体系。其基本内涵是以纳米颗粒以及所组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。钱学森(1991)：“我认为，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将在21世纪又是一次产业革命。”纳米技术将改变生产方式，导致生活方式变革，带领我们创建崭新的21世纪。(3)前景展望

6.2纳米材料的特性与性能6.2.1纳米材料的结构特征(1)纳米材料的特殊结构纳米材料二维结构模型黑球代表晶内原子；白球代表界面处原子

晶体组元：由所有晶粒中的原子组成，严格位于晶格位置上界面组元：处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来纳米晶粒和由此产生的高浓度界面是纳米材料的两个重要特征纳米晶Fe78B13Si晶粒大小与平均正电子寿命的关系由于结构和化学上偏离正常多晶结构，所表现的各种性能也明显不同于通常多晶体。

(2)纳米材料中的特殊效应①表面效应（界面效应）

纳米材料的颗粒尺寸小,位于表面的原子所占的体积分数很大,产生相当大的表面能,这种表面原子的活性不但引起纳米微粒表面输运和构型的变化,进而大大提高原子的自扩散系数，同时也引起表面电子自旋、构象、电子能谱的变化等。表面效应是纳米微粒及其固体材料的最重要的效应之一。②小尺寸效应（体积效应）

当纳米微粒的粒径小到与其光波波长或德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，纳米微粒晶体的周期性边界条件被破坏，而导致其呈现出与相应块体材料显著不同的物理性质（如声、光、电、磁、热等）变化的现象，此即纳米粒子的小尺寸效应。

表6.2纳米微粒的特性

③量子尺寸效应

当粒子尺寸达到纳米量级时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明，金属纳米微粒包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，纳米微粒的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著不同。金属Ag为良导体，但其纳米微粒粒径＜20nm时，会呈现电绝缘性。④宏观量子隧道效应

在微观纳米尺度，当具有电位势差的两导体间的距离小到一定程度时，电子将存在一定几率，穿透两导体间的势垒，从一端向另一端跃迁，该现象即被称为隧道效应。跃迁形成的电流称为隧道电流。隧道电流对两导体间的距离非常敏感，如果把距离减少0.1nm，隧道电流就会增大一个数量级，这也可称量子隧道效应。6.2.2纳米材料奇异的性能表6.3纳米晶金属与通常多晶或非晶态的性能

表6.4纳米材料的一些特性及其应用

6.3纳米材料的应用

由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。（一）陶瓷增韧陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。纳米陶瓷（二）磁性材料方面的应用

（1）纳米稀土永磁材料由于纳米材料的磁化过程完全由旋转磁化进行,即使不磁化也是永久性磁体,因此可用作永磁性材料。（2）纳米磁流体材料（即磁性液体材料）磁流体是将强磁性纳米粒子稳定地分散于水或油等分散介质中所形成的分散体系,它在通常重力场和磁场作用下不发生凝聚和沉降。（三）纳米材料在催化领域的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。（四）纳米材料在光学方面的应用纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等，都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。研究表明，利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。①红外反射材料

高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明，但是电能的69％转化为红外线，这就表明有相当多的电能转化为热能被消耗掉，仅有一少部分转化为光能来照明。同时，灯管发热也会影响灯具的寿命。如何提高发光效率，增加照明度一直是亟待解决的关键问题，纳米微粒的诞生为解决这个问题提供了一个新的途径。20世纪80年代以来，人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很强的红外线反射能力。有人估计这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可节省约15％的电能。②优异的光吸收材料

纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到树脂中制成膜，这种膜对紫外有吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。目前，对紫外吸收好的几种材料有：30～40nm的TiO2纳米粒子的树脂膜；Fe2O3纳米微粒的聚酯树脂膜。前者对400nm波长以下的紫外光有极强的吸收能力，后者对600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半导体器件的紫外线过滤器．③隐身材料

由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。美国F117隐形轰炸机美国B2隐形轰炸机（五）纳米技术与材料在环境保护方面的作用

随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。①纳米技术在治理有害气体方面的应用纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。②纳米技术在污水处理方面的应用

污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。（六）纳米技术在生物工程上的应用众所周知，分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物大分子本身就是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以此来设计量子计算机。美国南加州大学的Adelman博士等应用基于DNA分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了目前计算机无法解决的问题—“哈密顿路径问题”，使人们对生物材料的信息处理功能和生物分子的计算技术有了进一步的认识。

到目前为止，还没有出现商品化的分子计算机组件。科学家们认为：要想提高集成度，制造微型计算机，关键在于寻找具有开关功能的微型器件。美国锡拉丘兹大学已经利用细菌视紫红质蛋白质制作出了光导“与”门，利用发光门制成蛋白质存储器。此外，他们还利用细菌视紫红质蛋白质研制模拟人脑联想能力的中心网络和联想式存储装置。纳米计算机的问世，将会使当今的信息时代发生质的飞跃。它将突破传统极限，使单位体积物质的储存和信息处理的能力提高上百万倍，从而实现电子学上的又一次革命。（七）纳米科技在其他方面的应用使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。纳米材料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。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诊断出各种疾病。医学纳米机器人

采用纳米大分子：“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合，采用纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻的革命，使现在许多的疑难病症得到解决。家电

用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。

电子计算机和电子工业

可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。

纺织工业

在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。机械工业

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

（八）纳米科学技术在精细化工方面的应用

粘合剂和密封胶

国外已将纳米材料如纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构掏胶体流动，固体速度加快，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高，涂料的质量和档次自然升级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料（即抗老化），加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，同时增加涂料的强度和光洁度。

涂料自然界的现象给了科学家无限的想象与创意。把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒作成涂料涂刷在建筑物表面(例如Ispo公司)，大楼不会被空气中的油污弄脏，镀在窗户玻璃表面上，玻璃也如同荷叶一般自净而永远透明。或将这种纳米颗粒放到纤维中，做成防尘的衣物，也许可省去不少洗衣的麻烦。

橡胶

纳米Al2O3粒子加入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性。纳米SiO2可以作为抗紫外辐射、红外反射、高介电绝缘橡胶的填料。添加纳米SiO2的橡胶，弹性、耐磨性都会明显优于常规的白炭黑作填料的橡胶。

各种助剂塑料

纳米SiO2对塑料不仅起补强作用，而且具有许多新的特性。利用它透光、粒度小，可使塑料变得更致密，可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。在有机玻璃生产时加入表机经修饰的纳米SiO2可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；在有机玻璃中添加纳米Al2O3既不影响透明度又提高了高温冲击韧性。纤维

以纳米SiO2和纳米TiO2经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。纳米微粒与树脂结合用于紫外线吸收，如防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。如纳米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。化妆品6.4实现“在原子和分子水平上制造材料和器件”

如果有一种超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组合，制造纳米机械就容易多了。科学家在10日出版的英国《自然》杂志上报告说，他们用DNA（脱氧核糖核酸）制造出了一种纳米级的镊子。利用DNA基本元件碱基的配对机制，可以用DNA为“燃料”

控制这种镊子反复开合。

20世纪80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家G．Binnig和H．Roher发明了扫描隧道显微镜。

这种新型显微仪器的诞生，使人类能够实时地观测到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学以及微电子技术的研究有着重大意义和重要应用价值。为此这两位科学家与电子显微