《纳米结构材料(导读版)》立足于纳米材料及其功能。纳米材料包括金属、陶瓷、聚合物以及複合材料等。《纳米结构材料(导读版)》重点介绍了纳米材料的功能，特别是短期内有套用前景的功能，例如催化、能量採集、能源存储，光学性质以及通过自组装实现的表面功能化。

此外，《纳米结构材料(导读版)》还讨论了纳米晶态材料和纳米複合物，其内容涵盖了这类新型工程材料的基本性质和要求。其中，稳定性、可靠性和机械性能是这类材料值得特别关注的问题。

《纳米结构材料(导读版)》比较了合成上述纳米材料的各种方法。

1．纳米功能材料——微观结构、热力学稳定性和原子迁移率

2．纳米材料的可靠性

3．纳米複合物材料的力学性能

4．用于低温燃料电池的负载型纳米催化剂

5．纳米晶太阳能电池

6．用于氢气和能源存储的纳米材料

7．具有多级结构的材料及其光学套用

8．纳米颗粒在界面组装形成高度有序的图案化结构

索引

我们要了解纳粹结构材料先得知道什幺是纳米。什幺是纳米？纳米是尺寸或大小的度量单位,是一米的十亿分之一（千米→米→厘米→毫米→微米→纳米）, 4倍原子大小，万分之一头髮粗细。纳米技术是是指製造体积不超过数百个纳米的物体，其宽度相当于几十个原子聚集在一起。

纳米科技发展中，纳米材料是它的前导，因为纳米材料集中体现了小尺寸、複杂结构、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现象。现在可以用物理、化学及生物学的方法製备出只包含几百个或儿千个原子、分子的 "颗粒"。这些"颗粒"的尺寸只有几个纳米，它们很容易与外界的气体、流体甚至固体的原子发生反应，也就是说十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会燃烧，发生爆炸。有人认为用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力。另外，用纳米金属颗粒粉体做催化剂，可加快化学反应过程，大大地提高化工合成的产率。

如果把金属纳米材料颗粒粉体製成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比普通金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。人们幻想有一天会使用这样的纳米钢材或纳米铝材製造出汽车、飞机或轮船，使它们的重量减少到原来的1/10。不仅如此，汽车或飞机的发动机由具有塑性的纳米陶瓷材料製成，可在更高的温度下运作，汽车跑得更快，飞机飞得更高。

半导体纳米材料的最大用处是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型雷射的光源。它还可以吸收太阳光中的光能，把它们直接变成电能，这种技术一旦实现，太阳能汽车、太阳能住宅就会成为现实。利用特种半导体纳米材料使海水淡化已得到套用；半导体纳米材料做成的各种感测器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护士已得到套用。

目前科学家正在致力于研究的碳纳米管材料，是一种非常独特的材料。它是石墨中一层或若干层碳原子捲曲而成的笼状"纤维"，内部是空的，外部直径只有几到几十个纳米。这种材料的密度是钢的1/6，而强度却是钢的l00倍。用这样轻而柔软，又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的。如果用碳纳米管作绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索，如果用它做成地球月球乘人的电梯，人们到月球定居就很容易了。纳米管的细尖极易发射电子，用于做电子枪，可以做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视製造业新的方向。

利用纳米技术还可以以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料，製作生物材料和仿生材料，并能在材料破坏过程中进行纳米级损伤的诊断和修复。

纳米科技的另一主要研究领域是设计、製备新型纳米结构和纳米器件。就像30年前，微电子器件取代真空电子管器件给信息技术带来革命一样，纳米结构将再次给信息技术带来革命。

把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态，变成只能具有某动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接的结果表现在：当在金属颗粒的两端加上合适电压，金属颗粒导电；而电压不合适时，金属颗粒不导电。这样一来，原来在巨观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内就不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属颗粒具有了负电性，它的库侖力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，从而切断了电流的连续性。这使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，即所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，把它们集成起来做成电脑晶片，电脑的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是人们想像的那幺简单。实际上，被囚禁的电子可不那幺"老实"，按照量子力学的规律，有时它可以穿过"监狱"的"墙壁"逃逸出来，这会使晶片的动作不可控制，同时还需要新的设计使单电子器件变成积体电路。所以儘管电子器件已经在实验室里得以实现，但是真要用在工业上还需要时间。

被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，是会使材料发出强的光。"量子点列雷射器"或"级联雷射器"的尺寸极小，但发光的强度很高，用很低的电压就可以驱动它们发生蓝光或绿光，用来读写光碟可使光碟的存贮密度提高几倍。如果用"囚禁"原子的小颗粒量子点来存贮数据，製成量子磁碟，存贮度可提高成千上万倍，会给信息存贮的技术带来一场革命。