纳米科技研究现状及发展趋势论文

人在实验室中成功地制备了超晶格和量子阱，并观察到了许多全新的物理效应，使超晶格和量子阱这一人工低维物理体系在以后的二十多年中成为半导体物理和理论物理中最热门的研宄领域在该领域持续不断的研宄导致了0维量子点或人工原子观念的出现及其各种理论和实验处理法。在将来对纳米粒子物理特性作深入的理论研究时，有些对量子点的理论处理方法必定可以移植使用。

1981年3月G.Binnig和H.Rohier在瑞士苏黎世IBM研究实验室中研制成了扫描隧道电子显微镜,开辟了一条在原子水平研究物质表面原子和分子结构以及和电子行为相关的物理、化学性质的全新途径。STM以前所未有的“超能力”延长了人类的“手”和“眼”，使人类能直接按自己的意愿操纵和观察原子。1990年在美国加州IBM公司的实验室中Eiger等科学家采用STM成功地在长和宽不超过一个病毒（~100nm)的范围内按自己的意志写出了当时世界上最小的公司名称“mM”3个字母(见图1)首次实现了R.P.Feynman所预言的人类对原子的直接的任意操纵。

这些发展导致在科学研究领域中诞生了一门名为纳米科技的以0.1~100nm长度范围中的物质的结构、特性、现象和应用为研究对象的分支学科,纳米科技的最终目标是直接以原子、分子、原子簇等为基本构件设计和制造具有特定性质的产品。1993年M.F.Crommie等人用STM,在温度为4K和超高真空条件下，对在清洁的Cu(111)面上由48个Fe原子围成的半径为7.13nm的量子围栏中的电子态进行了直接测量。实现了对原来停留在概念上的量子力学中定态波函数的观测，从实验上证实了量子力学中重要的物理量一波函数一是物理实在而不是理论假设。由此可见，量子隧道效应支持了STM,STM反过来又证实了量子力学中波函数的物理实在性。基础理论和先进技术间的密不可分的关系在此可见一斑。

最近几年作为材料物理研究的热点，纳米材料研究的内涵不断扩大，纳米科技属于多学科交叉和综合的研究领域。其研究领域主要包括纳米材料、纳米电子学与器件、纳米生物与医药、

纳米检测与表征等方面。目前世界各发达国家对具有重要战略意义的纳米科技都给以足够的重视，从战略高度部署纳米材料及其相关研究。

归纳而言，目前各国纳米科技研究人员感兴趣的纳米研究领域大致有下面五方面：

1)科学家试图在不改变材料化学成分的前提下，利用在纳米层次上电子和原子间的相互作用受到变化因素的影响，在纳米层次上重新组织物质的结构以控制物质的基本特性，如光学、电学、磁学特性和催化能力等。

2)由于在纳米层次上生物系统具有整套系统的组织，科学家尝试把人造组件和装配系统放入细胞中，以制造出结构经过组织后的新材料，

使人类有可能模拟自然界自行组装的特性。

3)纳米组件具有很大的比表面，利用这一点M佣纳米组件做理想的催化剂和吸收剂，并尝试着在释放电能和向人体细胞施药方面的应用。

4)利用纳米科技制造出的材料与一般材料相比，在成分不变的情况下体积大大地缩小而强度和韧性却会有很大的提高这一特性以制造强度大的复合材料。

5)与微电子结构相比，纳米结构在空间上的数量级很小，因而互动作用发生更快，利用这一特性人们尝试着研究效率更高、性能更好的微系统。

2纳米材料及其特性

纳米材料体系是纳米领域中的一个重要的分支学科，由于该体系奇特的物理现象及与下一代量子结构器件的联系，从而成为现在科学研究热点。纳米材料是以纳米尺度的物质为基础按一定规律构成的全新体系，它包括零维、一维、二维和三维体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的原子团簇或人工原子(artificialatom)、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的多孔物质。意大利科学家M.Rontani等人指出当少数粒子局限于nm数量级时，其载流子状态取决于它们的动能和Coulomb关联能间的平衡。在耦合人工原子中，通过改变人工原子间的隧道效应效果和相互作用可调整两者间的平衡，并且该系统的特性由依赖于人工原子间耦合的不同自旋组态决定[18。正如人们所知，原子有序排列可形成有自身特点相对独立的分支。纳米材料体系大致可分为两种:①人工纳米结构组装体系:按人类的意愿，利用物理和化学方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成零维、一维、二维和三维的纳米体系，包括纳米有序阵列和多孔复合体系等。②纳米结构自组装体系:通过弱的和较小方向性的非共价键和弱离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构成纳米材料。

在认识纳米材料和纳米结构时，应持打破常规看事物的态度，从结构和物性关联这一物理直觉出发，纳米材料与常规材料的不同是由于纳米材料和重组纳米结构的特性所决定的。在纳米材料和结构中有以下一些基本物理效应，而正是它们造就了纳米材料和结构的一系列不同于大块物质的物理和化学特性。

2.1表面效应

球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，因此其比表面(表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒的直径变小，比表面会显著增大，这表明表面原子所占的百分比显著增加。对直径大于0.1^m的颗粒表面效应可忽略，当尺寸小于0.1^m时，其表面原子百分数显著增长，这时表面效应所造成的贡献将不可忽略。超微颗粒的表面与大型物体的表面十分不同。庞大的比表面，键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，出现非化学平衡、非整数配位的化学键，从而导致纳米体系的化学性质与化学平衡的体系有很大的差异。若用高倍率电子显微镜对金属超微粒进行观察，会发现这些颗粒并没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状，它既不同于一般固体，又不同于液体，可视作为一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，用MD模拟Al团簇表面，图3显示了沸腾的表面状态。

超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化和燃烧，即自燃甚至爆炸。若需要防止自燃则可采用表面包裹或有意识地控制氧化率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定性。另外，利用表面活性，金属超微粒可望成为新一代的高效催化剂和储氧材料以及低熔点材料。目前世界上有许多研究组利用纳米粒子表面效应所引起的特性，制造国防中急需的新式高能固体推进燃料。P.Mukheq'ee对CdSxSe1-x(x=0.3)掺杂的SiO2的光学吸收谱以及考虑表面效应对介电特性的影响,对纳米晶粒的消光系数和光学密度进行了分析。

2.2宏观量子隧道效应

原子模型与量子力学采用能级的观念，对各种原子具有特定光谱线这一事实作了合理的解释:27。由无数（~1023/cm3)原子构成固体时，单独原子的'能级合并成能带，由于电子数目很多，能带中的能级间距S很小，从而可以看成是连续的。能带理论成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体间的区别和联系[28。对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，由于量子尺寸效应14],大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级。例如.导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中的电子是奇数还是偶数有关。比热也会出现反常变化，光谱线会产生向短波方向的移动，这是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有的宏观规律已不再成立。

微观粒子如电子具有波粒二象性，因而存在隧道效应。近年来人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，通常称为宏观量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将是未来微电子、光电子器件的基础，或者可以说它指出了现有微电子器件进一步小型化的物理极限，当微电子器件进一步微型化时必须考虑上述的量子效应。如在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近波长时，电子借助于隧道效应而溢出器件，器件便无法正常工作。经典电路的物理极限尺寸大约为0.25nm。目前研制的量子共振隧穿晶体管是利用量子效应而制成的新一代器件。

2.3量子尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。一般而言，如果某种结构的某一方向的线度小于Fermi面上的deBroglie波的波长(deBroglie波的波长与材料中的电子浓度相关)，则在该方向上量子尺寸效应就极其明显。由于纳米材料尺寸小到与物理特征量相差不多，即可与电子的deBroglie波长、超导相干波长、磁场穿透深度以及激子Bohr半径相比拟，电子被局域于一个体积极小的纳米空间，其输运受到限制，平均自由程变得很短，电子的局域性和相干性增强。几何线度下降使纳米体系所包含的原子数大大减少，根据久保理论，电子能级间隔S大于kBT,即宏观固体的准连续能带消失，能量取分立值，电子结构类似于原子的分立的能级，量子尺寸效应十分显著。同时由于粒子尺寸变小，比表面显著增加，大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于粒子内部的原子、电子的行为有很大的差别。这就使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料有很大的不同，即使得纳米体系具有同样材质的宏观大块物体不具备的新物理特性，从而产生下面一系列新奇的特性：

光学特性方面:当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，就失去原有的光泽而呈现黑色。事实上，所有的金属在超细微颗粒的状态都呈黑色。尺寸愈小，颜色愈黑。由此可见，金属超细微颗粒对光的反射率很低，填充可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消失。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等变换材料，可以高效地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等，这一点在军事装备现代化方面会特别有用。

纳米氧化物和氮化物在低频条件下，介电常数e有很大的增强效应，可增大几倍，甚至增大一个数量级。纳米氧化物对红外、微波有良好的吸收特性。当纳米粒子的尺寸小到一定值时可在一定波长的光激发下发光。其物理原因大致为当粒子的粒径小到某一程度时，发生对称性破缺，平移对称性消失，从而出现发光现象。作为微电子学的明星材料，Si表现出半导体的特性，由于Si是间接型半导体，在动量空间中导带底和价带顶间的直接跃迁属于禁戒跃迁，通常情况下没有发光现象，但当Si的尺寸达到纳米级(大致为6nm)时，在近可见光范围内，出现较强的光致发光现象。多孔Si的发光现象也与尺度达到纳米级有关。在纳米Al2O3、TiO2、SiO2.Z1O2中，也观测到在常规材料中根本观测不到的发光现象。

波兰物理学家I.V.Kilyk利用两相互同步的脉冲YAG:Nd激光器和N脉冲激光器，在尺度为10至20nm的非晶SiC中观察到了PISHG非线性光学现象[38,且发现随N脉冲激光器功率增加，PISHG输出信号增加并在N脉冲激光器的光子通量为6GW/cm2时达到其最大值，此时二阶非线性光学系数为1.2pm/V，PISHG输出信号随试样的温度下降而增加。他同时也对PISHG的时间依赖性进行了测量，分析表明纳米SiC六角结构在PISHG现象中起了关键的作用。俄国VI.A.Magulis等人考虑纳米碳管的Gaussian、矩形和三角形三个不同的分布，对纳米碳管阵列的三阶光学非线性系数（THG)研究发现[39存在增幅的展宽和强度的增强以及在THG谱中三声子共振峰的红移，且共振峰的幅度依赖于纳米碳管的具体分布。这样人们就可以通过测量THG找出试样中占优势的分布，得出被测对象有效的结构信息。Nishio等人对9X9Si纳米线阵列的光学吸收特性研究发现，在能量低于3.4eV时光子吸收主要发生在Si纳米线阵列内部区域中的Si原子，而且当表面的Si迁入到内部位置时，其对阵列的光吸收起增大作用，物理起因在于表面边界条件引起靠近价带顶的能级波函数被局域于Si原子中心处所致。

宽频带强吸收:纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的择优键振动模，而是存在一个较宽的键振动模的分布。在红外光场作用下，他们对红外吸收的频率也就存在一较宽的分布，从而导致纳米粒子对红外吸收带的宽化[41]。许多纳米粒子（如ZnO,Fe2O3TiO2等)，对紫外光还有强吸收作用，它们对紫外光的吸收主要来源于它们的半导体性质，即在紫外光的照射下，电子被入射光子激发由价带向导带跃迁从而引起紫外光吸收。

蓝移和红移现象:所谓蓝移即吸收边朝短波方向移动。纳米微粒的吸收带蓝移主要是由于量子尺寸效应，颗粒的尺寸下降使能隙变宽;又由于表面效应纳米粒子颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，使红外吸收带移向了高波数。在一些情况下，粒径减小到纳米级时，可观察到光吸收带相对粗晶材料呈现红移现象。即吸收带移向长波长。这是因为光吸收带的位置是由影响峰位的蓝移因素和红移因素共同作用所致。如前者的影响大于后者，吸收带蓝移，反之则红移。随着粒径的减小，量子尺寸效应会导致吸收带的蓝移，但粒径减小的同时，颗粒内部的内应力会增加，从而导致能带结构的变化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变狭，导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带向导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移。

量子限域效应:当半导体的粒径r小于激子的玻尔半径时，电子的平均自由程受小粒径的限制，局限在很小的范围，空穴很容易与电子形成激子，造成电子和空穴波函数重叠，产生激子吸收带。重叠因子随粒径的减小而增加，激子带的吸收系数增加，出现激子吸收增强并且蓝移，此称为量子限域效应：4344。增强的量子限域效应是纳米半导体微粒的光学性质不同于通常半导体材料的重要原因之一。印度研究小组通过利用光声子谱仪对由量子限域效应所引起的闪锌矿结构的半导体CdS纳米结构中的激子跃迁现象研究，指出随着纳米粒子线度减小，跃迁的起始位置发生蓝移[45。C.D.Simserides[46等人对于纳米粒子的局域吸收谱的研究表明，三维限域导致Coulomb关联增强，谱依赖于探头的线度。由于Coulomb关联，作为分辨率函数的光学峰强度会现出非单调行为。G.Broket等人采用EELS法对III族氮化物半导体纳米材料的介电特性测量表明，该方法由于有优于10nm的空间分辨率和0.35eV的能量分辨率以及基本上不受表面因素影响等优点，适合于研究局域行为，如局域缺陷和边界等对于介电特性的作用。C.Delerue等人最近还分析了量子限域效应对多孔Si和Si纳米团簇的光学能带隙的影响，指出了其对具体结构的依赖性。

电学和磁学特性方面:金属纳米粒子的电阻随线度下降而增大，电阻温度系数下降甚至出现负值;反之，原来是绝缘体的氧化物当达到纳米级时，电阻反而下降，作者认为Mott相变的概念和理论处理方法在对纳米粒子的这一电学特性的研究中必有其用武之地。纳米非晶化合物还存在随测量频率减少介电常数急剧上升的反常介电现象[50。10至25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而当颗粒的尺寸小于10nm时，矫顽力变为零，表现为超顺磁性。超细微颗粒磁性与大块材料显著不同。利用磁性超细微颗粒具有高矫顽力的特性，人们已做成高储存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等方面。利用超顺磁性，人们已将磁性超细微颗粒制成用途广泛的磁性液体。最近由S.A.Solin领导的美国普林斯顿NEC研究所的一研究小组基于异常磁阻(EMR)现象，成功地用Si-InSb研制出了纳米级无磁磁盘读出头，其阅读密度可达1Tb/in2。

热学、力学及其他特性方面:固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后其熔点却显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤其显著。因此超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此吋元件的基板不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可以用塑料。采用超细银粉浆料，可以使膜厚均匀，覆盖面积大，既节省材料又具有高质量。通常陶瓷材料呈脆性，而由纳米超细微粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列相当混乱，原子在外力的作用下很容易迁移，因此表现出很好的韧性和一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。氧化氟钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。有研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。成纳米晶粒的金属要比传统的粗金属硬3至5倍。至于金属陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，应用前景十分宽广。超微颗粒的量子尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。

上述特殊的物理效应以及非定域量子相干、多体关联和非线性等效应及其由它们所造就的纳米粒子和结构的一系列物理特性充分表明，纳米体系的出现丰富了凝聚态物理学的研究内容，并且向凝聚态物理学提出了许多新的具有挑战性的理论课题，为凝聚态物理学的发展和拓展凝聚态物理学对自然界的认识层次提供了很大的机遇。随着对纳米科技研究的深入，必将促进物理理论的进一步发展和人类对周围世界认识的提高。

3纳米材料的应用

纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点。纳米科技被公认为是本世纪最具前途的科学研究领域它拓宽了人类认识自然的范畴，增强了人类观察自然和改造自然的能力使人类能够从纳米粒子这一基本结构出发，根据自己的意愿设计出在自然界中本不存在的具有全新功能的新材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题以及为设计具有新功能、新特性的新材料、新器件开辟了新天地，为人类改造自然提供了极大的机遇。目前纳米科技主要应用于以下几个方面：

1)医学、医药和环保领域:利用纳米微粒进行了细胞分离，用纯净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变病毒诱导物已经已取得了突破性进展。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，获得生命的信息。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、实施治疗等。使用纳米技术可使药品生产过程愈来愈精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排序制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便。如用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可以主动搜索并攻击癌细胞或修补病灶。利用纳米材料制作功能独特的纳米膜、器件能探测到化学和生物制剂造成的污染，并能对它们进行过滤而消除污染。纳米金属氧化物粒子对生化武器可起到净化作用，例如，用磁性氧化物做成的散播于空气中纳米粒子，在室温下可杀死在空气中散播的耐热炭疽杆菌拟形体同样也可以杀死大肠埃舍利希氏杆菌，这对战场上军事战斗人员有极大的好处，可有效地减小生化武器对他们的杀伤力。纳米、微米以及介观多孔介质也可用于空气净化和灭齋。纳米氧化物也可以作为光催化剂在波^385nm的光照射下对污染的空气、水和物体表面进行净化，图4所示的纳米碳管具有光催化净化作用。

2)微电子和光电领域：纳米电子及光电子学和技术立足于最新的物理理论和技术用全新的技术来制造新电子和光电子系统，开发物质潜在能力和处理信息的能力，可为信息采集和处理能力带来革命性变革。倘若用纳米材料做电脑芯片和存储器以及其它电子器件，如开关、传输线等可使电脑体积大为减小。科学家正利用纳米技术将各种电子器件微型化。V.M.Balzani等人发现了如图5所示的目前世界上最小的具有很高灵敏度和效率的开关一分子开关。由于纳米线和纳米管可有效地带电和载有激子，因而是潜在的纳米电子器件和纳米光电子器件的基本构件，用碳纳米管可以做场效应和单电子晶体管。Park等人制作了单原子晶体管，观测到了单原子晶体管中的单电子现象并研究了其中的Coulomb阻塞和Kondo效应，为人们提供了另一条用化学方法制造和设计单原子器件及其中的电子态的途径，以及在研究纳米体系物理特性时重要的对单原子电子器件的测量手段。纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电子信息传输、储存、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术应用于现有雷达信息处理上，也可以使其能力提高十至几百倍，甚至可以将超高分辩率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。

3)机械领域:X对机械零件的金属表面用纳米粉处理后可以提高机械零件的耐磨性、硬度和使用寿命。最简单有趣的分子机械的传动部件为分子齿轮。图6是直径为2nm的作为纳米机械传动部件的纳米碳管齿轮，该齿轮的轴是单壁纳米碳管，而齿轮的齿部是与纳米碳管相结合的苯分子。

4)陶瓷领域：在传统陶瓷材料中掺入纳米粒子可以克服陶瓷材料的脆性使其能像金属一样柔和以便加工。在此技术的关键是在纳米陶瓷烧结过程中，不能让纳米粒子发生团聚以及有效控制纳米粒子的分布和尺度;在经济上降低纳米粒子的生产成本则有望在生产成本不高的条件下改进陶瓷材料的力学性能。研究表明掺纳米氧化钛粒子以及掺纳米氧化铝粒子的陶瓷材料具有很高的延展性,这种特性可以用晶界滑移模型来解释。

5)化工与纺织领域：大气中的紫外线的主图6纳米碳管齿轮。齿轮的轴是单壁纳米碳管，

要波段是在300至400nm范围内，太阳对人体齿是与纳米碳管相结构的苯分子有伤害的紫外线也在此波段。研究表明,纳Fig-6Carbonnanotuberbasedgearswithbenzeneteeth.Shaftsare米ZnO、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3等都对singlrwalled-onn-sandgearteeth^benzene

moleculesbondedontothenanotube此波段中紫外线有吸收。将纳米TiO2等粉末按一定的比例掺入到化妆品中，可有效地抵抗紫外辐射。将金属纳米粒子掺到化纤制品或纸张中，又可大大地降低静电作用。用纳米材料制成的多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用。在合成纤维中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3和纳米FttO3等复合粉体材料，可得到抗紫外和对人体红外线有强吸收功能的纤维，这样既可以屏蔽人体红外线的辐射，在战场上起到隐蔽作用，又可提高保暖作用，同时可以减轻衣服的重量增加战斗人员的有效负重能力，在改善和提高我国军事装备方面极有应用价值。

6)分子组装:如何合成有一定尺寸、粒度均匀又无团聚的纳米材料是需要解决的问题。基于对单原子的操作，可以实现按意愿对分子组装。软化学和主客体模板化学方法，以及与超分子化学相结合的技术正在成为分子组装和裁剪的主要手段。R.W.Wagner等人以六方液晶为模板合成了直径为1至5nm的CdS纳米线。也有人提出采用生物分子和自组装合成纳米晶和纳米管。

纳米粒子具有特别高的表面区，因此这些粒子组装在一起时就具有很大的界面区。我们不仅要详细了解这些界面的结构.而且需要详细了解局部的化学性质和纳米级构件与其环境之间的隔离效应与相互作用，更需要了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装。在某些应用中，对这些参量有严格的要求，在其他应用中，则不太严格，因此必须搞清楚所研制纳米材料的特殊性。同时必须重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学、和结构稳定性，因为结构稳定性在材料应用中是至关重要的因素。

4结论

以0.1~100nm长度范围中的物质的结构、特性、现象和应用为研究对象的纳米科技，为人类在这一小尺度范围内提供了一个认识世界和改造世界的大舞台。纳米体系在维度上的限制使其中的电子态、元激发和各种相互作用过程表现出与大块三维体系十分不同的特性。在纳米体系中，表面、量子、非定域量子相干、多体关联和非线性等效应都显得至关重要，对这些新奇的物理效应和特性的研究，必使人们重新认识和定义现有的物理理论和规律，必将导致新物理概念的引入和新物理规律的建立。纳米科技作为一种最具有市场应用潜力的新兴科技，其重要性和乃至彻底改变人类现有生活质量和方式的巨大潜力是不容置疑的。现在在很多方面已显端倪。随着对纳米科技研究的深入，必将在本世纪引起一场新的工业革命，对人类的生活产生深远的影响。