假如給你一塊橡皮，你把它切成兩半，那么它就會增加露在外面的表面，假如你不斷地分割下去，那么這些小橡皮總的表面積就會不斷增大，表面積增大，那么露在外面的原子也會增加。如果我們把一塊物體切到只有幾納米的大小，那么一克這樣的物質(zhì)所擁有的表面積就有幾百平方米，就像一個籃球場那么大。隨著粒子的減小，有更多的原子分布到了表面，據(jù)估算當(dāng)粒子的直徑為10納米時，約有20％的原子裸露在表面。而平常我們接觸到的物體表面，原子所占比例還不到萬分之一。當(dāng)粒子的直徑繼續(xù)減小時，表面原子所占的分?jǐn)?shù)還會繼續(xù)增大。如此看來，納米粒子真是敞開了胸懷，不像我們所看到的宏觀物體那樣，把大部分原子都包裹在內(nèi)部。 正是由于納米粒子敞開了胸懷，才使得它具有了各種各樣的特殊性質(zhì)。我們知道原子之間相互連接靠的是化學(xué)鍵，表面的原子由于沒能和足夠的原子連接，所以它們很不穩(wěn)定，具有很高的活性。用高倍率電子顯微鏡對金的納米粒子進(jìn)行電視攝像，觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動形成各種形狀，它既不同于一般固體，也不同于液體；在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化和燃燒。如果要防止自燃，可采用表面包覆或者有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層。 概括一下，納米顆粒具有如下一些的特殊性質(zhì)： 光學(xué)性質(zhì) 納米粒子的粒徑(10～100納米)小于光波的波長，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。納米材料因其光吸收率大的特點，可應(yīng)用于紅外線感測材料。當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長的尺寸時，即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態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，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?？傻陀?％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性，可以將納米粒子制成光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，從而高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。此外，又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。 熱學(xué)性質(zhì) 固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點往往是固定的，超細(xì)微化后，卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米時，熔點則降低27℃，2納米時的熔點僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點則可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具有高質(zhì)量。日本川崎制鐵公司采用0.1～1微米的銅、鎳超微顆粒制成導(dǎo)電漿料可代替鈀與銀等貴金屬。超微顆粒熔點下降的性質(zhì)對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導(dǎo)體管的基片。 磁學(xué)性質(zhì) 人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)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(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實質(zhì)上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細(xì)菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為2納米的磁性氧化物顆粒。這些納米磁性顆粒的磁性要比普通的磁鐵強(qiáng)很多。生物學(xué)家研究指出，現(xiàn)在只能“橫行”的螃蟹，在很多年前也是可以前后運(yùn)動的。億萬年前螃蟹的祖先就是靠著體內(nèi)的幾顆磁性納米微粒走南闖北、前進(jìn)后退、行走自如，后來地球的磁極發(fā)生了多次倒轉(zhuǎn)，使螃蟹體內(nèi)的小磁粒失去了正常的定向作用，使它失去了前后進(jìn)退的功能，螃蟹就只能橫行了。 力學(xué)性質(zhì) 陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此納米陶瓷材料能表現(xiàn)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(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構(gòu)成的。至于金屬一陶瓷等復(fù)合納米材料，則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。