在人们所认识的微观世界中，有一个十分引人注目的微小体系，即纳米体系，这纳米的纳字在希腊文中有“矮小”的意思，纳米是一种计量单位，符号nm，1nm＝10－9m，1nm即十亿分之一米，1nm约是最小的氢原子半径的27倍，相当于人发直径的10万分之一。
一、纳米材料
自从日本和德国科学家Ryozi Vyeda and Gleither）分别于1963年和1984年在实验室获得了由几千个原子组成的纳米颗粒和三维纳米相材料后，全世界便欣起了纳米材料的研究热潮。纳米材料是指固定微粒小到纳米量级的超微粒（或称纳米粉）和晶体尺寸到纳米量级的固体和薄膜，目前定义为0．1nm～100nm范围之间。纳米固体如此之小，以至人的肉眼根本无法看见，需要借助20万倍以上的电子显微镜才能看得清楚。纳米固体与同组成的固体物质是完全不同的，如碳一般以石墨甚至金刚石的形式存在，但纳米量级的碳却呈现出非常不同组成的固体（指肉眼可见的）不尽相同的首要原因是边缘和表面。由于处在纳米量级的物质粒子的粒径小，比表面积大，故存在其表面无序排列的微粒的百分数远大于同组成的肉眼可见粒子中表面粒子所占的百分数。如5nm的微粒，表面原子占40%，比表面积180m2／g，基于颗粒表面相对活跃的原子数量与颗粒内部结构稳定的原子数量的比例大大增加这种特殊结构，使之产生了不同于传统固体材料的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并产生奇异的力学，光学，磁学，热学和化学等特性，从而使其在医药、生物、电子、化工、冶金、国防、航空、环境、能源等领域具有重要的和潜在的应用价值，能够弯曲180°的纳米陶瓷就是一个典型的例子，由于陶瓷材料具有坚硬，耐高温等优良特性，工业界一直认为陶瓷是未来汽车，飞机发动机的理想材料，如果纳米陶瓷的柔韧性优势得到利用，今后的发动机将甩掉笨重的冷却系统，汽车将跑得更快，飞机将飞得更高。
纳米材料按其结构可以分为四类，具有原子族和原子束结构的称为零纳米材料，具有纤维结构称为一维纳米材料，具有层状结构的称为二维纳米材料；晶粒尺寸至少在一个方向在几十纳米范围内的称为三维纳料材料以及各种形式的复合材料。按化学组份，可分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。按照材料物性可分为纳米半导、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。
二、纳米科学
纳米科学是80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，1990年在美国巴尔的摩召开的第一届国际纳米科学技术会议，并正式创办的《纳米技术》杂志，标志着纳米科学的诞生。纳米科学是指研究在0．1nm～100nm尺寸范围内物质具有的物理、化学性质和功能的科学，它既不是化学，也不是物理和生物，而是一门学科交叉的高新技术学科，它包括纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学和纳米机械学等新兴学科。而纳米科技是指一种用单个原子，分子制造物质的科学技术，它以纳米科学为理论基础，进行制造新材料、新器件，研究新工艺的方法。在这里纳米不仅是一个空间尺度概念，而且表示了一种新的思考方式，即生产过程越来越精细。人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特性，以及学会有效地利用这些特性，使得人类能够按照自己的意志，在纳米尺度上直接操纵单个原子、分子的排布制造出具有特定功能的产品，最终能够仿照自然界生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的，换句话说，我们是为了更好地理解这个世界而研究纳米物质的。
纳米科技的研究领域主要有以下七个方面：
（1）碳纳米科学：包括富勒烯和碳纳米管；
（2）分子水平的电子设备：包括导线和零部件；
（3）分子自组装技术；
（4）量子尺寸效应，光、电效应等；
（5）纳米技术：印刷电路、显微镜和机器人等；
（6）纳米微粒、纳米薄膜、三维纳米相材料的制造工艺；
（7）分子水平的生物医学技术。
三、碳纳米科学
碳纳米科学是纳米科学的一个基础研究领域之一，它主要研究富勒烯和碳纳米管的合成、分离、修饰、性质和应用的一门科学。
1．富勒烯
1985年Ｃ60的发现是人类对碳认识的新阶段，是科学上的重要发现，这个由60个碳原子组成的完美对称的具有三维结构的球状分子，是一个空心笼状分子，全名叫巴克明斯特富勒烯（除了Ｃ60以外，还有一大类全新的空心笼状分子）。它是碳除石墨和金刚石以外的第三种同素异形体。为了表彰Ｃ60的发现，瑞典科学院决定把1996年诺贝尔化学奖授予英国科学家克罗托（Harry Kroto）和美国科学家斯莫利（RickSmalley），柯尔（Bob Curl）。
Ｃ60的固体薄膜呈暗黄色，并且随着膜的厚度增加逐渐变成深竭色或黑色，把它溶解在苯和其它溶剂中，其溶液呈浅品红色。由于Ｃ60的结构特异，在Ｃ60被发现的10多年来，已在Ｃ60笼外，笼内，笼上的化学修饰及化学理论方面取得重大进展，到了1994年，三维富勒烯化学（以及生物化学）已经羽翼丰满，一类新的高温有机超导体得以发现，新的大尺度碳结构不断被揭示出来。
Ｃ60的发现使我们看到了一个全新的化学世界，富勒烯已经广泛影响到物理、化学、材料科学、电子学、生物学、医学等各个领域，极大地丰富了分子结构理论，同时也显示了巨大的、潜在的应用前景。如掺钾Ｃ60薄膜具有超导性；Ｃ60的全氟衍生物，被氟化的聚合物被广泛用作不粘性涂层（特氟隆）和密封剂，它们因为其化学惰性而众所周知。
2．纳米碳管
纳米碳管是一种由碳原子组成的直径为几个纳米，长为几个微米的空心管状结构，它首次由日本的饭岛（Sumio Iijima）教授于1991年发现，它是由石墨（铅笔芯）在一定的热力学条件下制得。单层石墨片卷成的称为单壁纳米碳管，多层石墨片卷成的称为多壁纳米碳管。单壁纳米碳管可能是纳米材料中最典型、最基本的材料。自纳米碳管被发现以来就引起了人们的广泛兴趣，有关纳米碳管的文献报道1996年约为50篇，1997年约为100篇，而1998年这方面的文献报道约有600篇，这种不断的增长趋势说明它已成为一个研究热点，它是纳米科学最前沿的研究领域之一。由于其独特的结构，纳米碳管具有特殊的光、电、热传导性和很强的延展性，因此对纳米碳管的研究具有重大的理论意义和广泛的、潜在的应用价值。其巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1／4，最异想天开的用途莫过于将纳米碳管做成太空升降机的缆绳，由于它的强度高、重量轻，即使是从太空下垂到地面的距离，它也完全可以承受自身的重量，到那个时候，人类到太空旅行将是一件轻而易举的事情。同时它还有望作为分子导线，阿贾安和饭岛证实，在纳米碳管的空腔中填入铅是可能的，通过与氧发生化学反应，可以把纳米管的其中一个盖帽破坏掉，使其内部向外界洞开，接着处于开口纳米管的液铅在毛细作用下被吸进纳米管，填有金属铅的纳米管，是一个非常直观的分子尺度导线。用纳米碳管制成的电子枪做成的平面彩电的日子将为期不远。由于纳米碳管具有中空结构，可以作为储存的中间媒体，例如作氢燃料电池和液体电解质电池的储存媒体等等。
目前世界各国对纳米科技的研究都相当重视，美国最早成立了纳米科技研究中心，美国还制订了全新的国家纳米技术启动计划，克林顿总统的2001年度预算把政府用于纳米技术的研究和发展的投资增加了2．25亿（比2000年增加83%），克林顿总统2000年在加利福尼大学理工学院的一次演讲中表示“从原子和分子级去操作物质具有极其深远的意义。可以想象：我们将得到某种原料，它的强度将是钢铁的10倍，而重量却轻得多；我们能够把国会图书馆的全部信息压缩到一个设备当中，它的体积只不过方糖大小；或者我们可以在癌变和肿瘤尚处在细胞大小的时候就把它检测出来。”
我国科学家自80年代中期以来就开始跟踪研究，将纳米材料的开发及时地编入了国家科技部“863”计划和“攻关计划”。经过近十年的努力，到90年代中期，我国纳米材料的研究获得了突破，取得了相当的研究成果。为了加快这些成果的产品化和应用，国家科技部“火炬计划”给予了重点支持。现在，我国有30多个单位约有3000名研究人员正致力于这一领域的研究工作，中国科学院资助相对较大的研究团体，中国国家自然科学基金会主要为个人研究计划提供支持；中国物理学会的粒子学会致力于纳米技术的传播，一些企业也致力于纳米技术的研究和应用，如山东小鸭电器股份有限公司采用纳米复合抗菌除味塑料制作洗衣机的外筒，具有耐高温、耐磨擦，耐冲击，韧性好和硬度高等特点，还有很好的光洁度和很强的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉积，随时防止洗衣机内部遗留细菌，防止细菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，开辟了健康洗衣机新纪元。
总之纳米技术不仅在高科技领域有不可替代的作用。它也为传统产业带来生机和活力，纳米技术将会带来一大批产业革命，其影响将不亚于20世纪后半叶微电子学所起的作用，美国IBM首席科学家Amotrong曾预言“正如20世纪70年代的微电子技术引发了信息革命一样，纳米科学技术将成为新世纪信息时代的核心”。
参考文献：
1 张立德，牟季美．纳米材料学，沈阳：辽宁科技出版社，1994
2 Parker D W.et al.Advanced Mater &Proc,1991,139:68
3 Kroto H W,Heath JR,O′Brien S C etal.C60:Buckminsterfullerene Matire.1985,（318）:162
4 Li jima,Nature,1991,（345）:56～58
5 Ajayan,P.M.Li jima,Sumio（1993）Capillarity-induced filling of carbonnanotubes. Nature,361,333