1.3.5　纳米晶材料与纳米结构

纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生而正在崛起的新技术。纳米是一个长度的度量单位。纳米晶材料是纳米材料中最重要的组成部分。纳米结构是从纳米材料领域中派生出来的学科分支。

（1）纳米晶材料　纳米晶的颗粒大小为1～100nm。纳米晶材料是指由纳米晶和它们构成的纳米薄膜、纳米固体和纳米晶悬浮液体等。纳米晶可以是金属或非金属。纳米晶的制备方法有多种，最完善的方法为水热法生长纳米晶。纳米晶的表面电子结构和晶体结构使其具备块状晶体没有的表面效应、小尺寸效应、量子效应等，因此，纳米晶在磁、光、电、敏感性能等方面呈现出常规材料不具备的特性，在磁学、光学、电学、热学、力学、化学等学科领域中均有特殊的应用。

（2）纳米结构　纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构造的一种新的物质体系，它包括一维度的、二维度的和三维度的体系。纳米尺度的物质单元包括纳米晶、稳定的团簇（指几个至几百个原子的聚集体C60、C70，颗粒小于或等于1nm）或人造原子（指一定数量的实际原子组成的集合体，其尺寸小于100nm）等。

根据纳米结构体系构造过程的驱动力是外因还是内因来划分，可将纳米结构大致分为两类。一类为人工纳米结构组装体系，此种组装体系是按人类的意图，利用物理和化学的方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成一维、二维和三维的纳米结构体系。另一类为纳米结构自组装体系，此种体系是通过弱的和较小方向性的氢键、范德瓦尔斯键和弱的离子键协同作用，把原子、离子或分子连接在一起，构造成一个纳米结构。

纳米结构具有纳米晶的特征，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特性，又存在由于纳米结构组装所引起的新效应，如量子耦合效应和协同效应等。而且，这种纳米结构体系很容易通过外场（光、电、磁场）实现其性能的控制，这也是纳米超微型器件的设计基础。

材料的物性是材料应用的基础。纳米结构体系中纳米半导体已取得令人注目的新进展，当前，采用MOCVD与晶体的气-液-固生长方法相结合，可生长GaAs和InAs等纳米线晶体，这样便可与制造半导体量子器件结合在一起。纳米结构现已用于量子磁盘与高密度磁存储、高密度记忆存储元件、单电子晶体管、超微型纳米阵列激光器、微型传感器、高效电容器阵列、超高灵敏度探索器等器件。

综上所述，人工晶体——块状、薄膜、纤维状和纳米晶均在迅速地发展，显示出人工晶体已进入到“全方位”的发展阶段，研究范围越来越广，所涉及的学科越来越多，所起的作用越来越大。