第2章　纳米材料概述

2．1　纳米材料的概念

纳米(nanometer)是一个极小的长度单位: 1 nm =10－9m，1 nm是1 m的十亿分之一，相当于10个氢原子一个挨一个排起来的长度，人的一根头发丝的直径相当60 000 nm。物质结构的最小单元是原子，1 nm相当于5个原子并排起来的长度。红细胞的尺寸为6 000～9 000 nm，细菌为2 000～3 000 nm，病毒为几十纳米。纳米在物理上虽然是一个长度单位，但是在纳米科技中却具有更深层次的意义，它不仅意味着空间尺度，而且提供了一种全新的认识方法和实践方法。

最初纳米材料的概念在20世纪80年代初期由德国学者Gleiter教授提出并首次获得人工制备的纳米晶体。纳米材料又称超微细材料，是由微小颗粒(绝大多数是晶体，其特征尺度至少在一个方向上为纳米量级)组成的固体，其典型的晶粒尺度为1～100 nm。纳米材料的出现引起了世界各国的广泛关注，并相继开展了对这种新材料的研究工作。近十几年来，随着高尖端技术的快速发展，高性能新型纳米材料的开发促使人们对固体微粒的制备、结构、性质和应用前景进行了广泛深入的研究。随着物质的超微化，纳米材料表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的四大效应:小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使得其具有传统材料所不具备的一系列优异的力、磁、电、光学和化学等宏观特性，从而使其作为一种新型材料在宇航、电子、冶金、化工、生物和医学领域展现出广阔的应用前景。因而纳米材料的研究成为当今世界材料科学、凝聚态物理、化学等领域中的一个热门课题。

在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。它的出现标志着人类认识改造自然的能力已延伸到了一个新的层次，标志着人类科技已经进入了一个新时代——纳米时代。

纳米科技是一门多学科交叉的、基础研究和应用开发紧密联系的高新技术，纳米科学几乎涉及了现有所有科技领域。1993年，国际纳米科技委员会将纳米科技分为纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学和纳米计量学等6个分学科，纳米技术将成为21世纪的主导科技。

纳米材料是纳米科技的重要组成部分，由尺寸为1～100 nm的超微粉组成的固态或液态材料。可分为两个层次，即纳米微粒和纳米固体或液体。

2．2　纳米材料的分类

纳米材料一般分为纳米微粒、纳米薄膜(多层膜和颗粒膜)、纳米固体。纳米微粒是纳米体系的典型代表，一般为球形或类球形(与制备方法密切相关)，它属于超微粒子范畴(1～1 000 nm)。

此外按照材质，纳米材料可分为金属纳米材料、无机纳米材料、有机纳米材料等;按照几何结构，可分为零维纳米材料(颗粒)、一维纳米材料(纳米管或纤维)、二维纳米材料(薄膜)、三维纳米材料(纳米块体) ;按照用途，可分为功能纳米材料和结构纳米材料;按照特殊性能，又可分为纳米润滑剂、纳米光电材料、纳米半透膜等。

2．3　纳米材料的特性

纳米结构材料的优异特性是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。当宏观大的物体细分成超微粒子的时候，在一定的尺寸下，它显示出许多特异的特性。即它的力、热、光、磁、化学性质与传统固体显著不同。通过研究发现超微粒子的特殊性质主要取决于它的表面效应、尺寸效应和量子效应。

2．3．1　尺寸效应

当超细微粒子尺寸与光波波长及传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏从而产生一系列新奇的性质。

(1)特殊的光学性质　纳米金属的光吸收性显著增强。粒度越小，光反射率越低。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑。金属超微颗粒对光的反射率通常可低于1%，几乎所有的金属材料在细到小于光波的波长时(几千埃)会失去原有的金属光泽，呈现黑色。利用此特性可以做高效的光热、光电转换材料，同时，还可以做防红外、防雷达的隐身材料。例如，用纳米铁氧体微粒制成的吸收波材料在国防军事上有很大的应用。相反，一些非金属材料在接近纳米尺度时，出现反光现象。纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3等对大气中紫外光具有很强的吸收性。

(2)热学性质的改变　固态物质超细微化后其熔点显著降低，当颗粒小于10 nm数量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1 064℃，当颗粒尺寸减小到2 nm时熔点仅为327℃左右;银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。

在纳米尺寸下，可以说材料的空间维数减少，表面能增大，金属纳米材料的熔点降低。因此，银超细粉制成的导电浆料可在低温下烧结。这样元件基片不必采用耐高温的陶瓷，而可采用塑料。这种浆料做成膜既均匀、覆盖面大，又省料、质量好。

(3)特殊的磁学性质　小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料有显著的不同，小尺寸的超微粒子的磁性比大块材料强许多倍，大块的纯铁矫顽力约为80 A/m，而当颗粒尺寸减小到20 nm以下时，20 nm的磁性氧化物的矫顽力是大块铁的1 000倍，但当颗粒尺寸约小于6 nm时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用超微粒子具有的高矫顽力的性质，已做成了高储存密度的磁记录粉，用于磁带、磁盘、磁卡及磁性钥匙等。磁光盘一旦进入纳米级，它的信息储存量将为现有光盘的106倍。

(4)特殊的力学性质　纳米材料的强度、硬度和韧性明显提高。纳米铜的强度比常态提高5倍，纳米金属比常态金属硬3～5倍。纳米陶瓷材料具有良好的韧性，因为纳米材料具有大的界面，界面上的原子排列相当混乱，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出良好的韧性与一定的延展性。

2．3．2　表面与界面效应

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减少而大幅度地增加，比表面积(表面积/体积)增大，粒子的表面能和表面张力也会随之增加，从而引起纳米粒子性质的变化。这会导致无序度增加，同时晶体的对称性变差，其部分能带被破坏，因而出现了界面效应。较大的比表面积和小尺寸的纳米粒子，导致位于表面的原子占有相当大的比例，原子配位不足，表面原子的配位不饱和性导致产生大量的悬空键和不饱和键、表面能增大，因而这些表面原子具有高的活性。纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键并具有不饱和性，因而极易与其他原子相结合趋于稳定，具有很高的化学活性。刚做出来的金属超微粒子如果不经过钝化在空气中可能自燃。纳米材料较高的化学活性，使其具有了较大的扩散系数，大量的界面为原子扩散提供了高密度的短程快扩散路径。这种表面原子的活性就是表面效应。纳米粒子的表面界面效应，主要表现为:①熔点降低，这是由于表面原子存在振动弛豫，即振幅增大，频率减小;②比热增大。

由于表面活性高，利用它的表面活性特点，金属超微粒子可以做成新一代的高效环境友好催化剂和储氢材料。在火箭发射的固体燃料推进剂中添加约1%(质量)的超微铝或镍，燃料燃烧热增加约1倍。

纳米ZnO、TiO2等半导体纳米粒子的光催化作用在环保健康方面有广泛的应用。利用这些化合物半导体在紫外线和可见光的辐照下产生光生电子和光生空穴来参与氧化－还原反应，从而达到净化空气和降解污水中多种有机物的目的。

利用它的大比表面积材料的特点，可制成气、湿、光敏器件等。这种传感器的优点是敏感度好、体积小和用量少。

2．3．3　宏观量子隧道效应

孤立原子的能级是分立的，能量是量子化的。当原子形成固体之后，由于晶体周期场的影响，分离的能级形成能带。后来日本科学家在研究金属粒子理论时发现由于超微粒子中原子数的减少，电子能级类似孤立原子中的能级，变为不连续，能带中能级间隔加大。当能隙大于它具有的热能、电磁能时，超微粒子就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的性质，称为量子尺寸效应。

量子隧道效应是从量子力学的粒子具有波粒二象性的观点出发的，解释粒子能够穿越比总能量高的势垒，这是一种微观现象。近年来，发现一些宏观量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。用此概念可以定性解释纳米镍晶粒在低温下继续保持超顺磁性现象，金属导体可能变成半导体甚至绝缘体。对半导体材料来说，由于尺寸的减小，价带和导带之间的能隙增大，光吸收或者发光带的特征波长也不同于传统材料。尺寸减小，发光带的波长向短波移动，这种现象称为“蓝移”。量子尺寸效应和宏观量子隧道效应将是未来微电子器件的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。

2．3．4　介电限域效应

随着纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加，其表面状态的改变将会引起微粒性质的显著变化。例如，当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相对于裸露在半导体纳米材料周围的其他介质而言，被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜，从而导致它与裸露纳米材料的光学性质相比发生了较大的变化，这就是介电限域效应。当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时，其产生明显的介电限域效应。纳米材料与介质的介电常数相差越大，介电限域效应就越明显，在光学性质上就表现为明显的红移现象。同时介电限域效应越明显，吸收光谱的红移也就越大。

2．4　纳米材料的制备技术

从Gleiter等首次应用惰性气体凝聚(IGC)结合原位冷压成型法(in－situ compaction)在实验室制备出纳米晶体样品以来，又提出和发展了机械研磨法、非晶态晶化法、电沉积法等许多种制备方法。

纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的位置，新的材料制备工艺和过程的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。制备出清洁、成分可控、高密度(不含微孔隙)的粒度均匀的纳米材料是制备合成工艺研究的目标。因此，如何控制及减少纳米材料尤其是界面的化学成分及均匀性，以及如何控制晶粒尺寸分布是制备工艺研究的主要课题。对纳米材料的制备方法目前主要有三种分类方法。第一种是根据制备原料状态分为固体法、液体法及气体法。第二种按反应物状态分干法和湿法。第三种为物理法和化学法两大类。其中物理法包括惰性气体蒸发法、爆炸法、严重塑性变形法、激光束法、机械合金化法等;化学法包括气相燃烧合成法、溶胶－凝胶法、有机液相合成法等。

2．4．1　物理法

(1)惰性气体蒸发法　目前，大部分金属纳米粒子都是通过惰性气体蒸发法制得的。该法的主要过程是在真空蒸发室内充入惰性气体，然后对蒸发源进行真空加热、蒸发，使原料气化或形成等离子体，原料气体与惰性气体原子碰撞失去能量而骤冷成纳米尺寸的团簇。该法制备的纳米材料纯度主要是由原料纯度、真空度、气体浓度和纯度决定的，工艺过程中，无外来污染，反应速度快，结晶较好，不足之处是对设备要求高，投入较大。

(2)爆炸法　将高能炸药(TNT)置于密闭压力容器内，将容器抽成真空，再充入保护性气体。炸药爆轰发生分解反应生成游离碳，爆轰产物在高温和高压作用下发生碳原子的聚集、晶化等一系列变化，形成纳米级粉体，然后再酸洗提纯就可得到纳米级金刚石粉。该法可大量制备纳米晶粒，粒度在2～122 nm之间，纯度可达91%左右。

(3)严重塑性变形法　严重塑性变形法是指在静压力的作用下，使块状材料发生严重的形变，最终细化到纳米尺度，得到晶态材料和非晶态材料的混合物，再经过一定的热处理，从而得到纳米材料。该法制备的纳米材料纯度高，粒度可控性好。

2．4．2　化学法

(1)气相燃烧合成法　气相燃烧合成是指在气体燃烧火焰中形成纳米颗粒。该法不仅可以合成氧化物纳米颗粒，而且通过气体的无氧燃烧，可以合成金属氮化物、碳化物等非氧化物纳米颗粒。气相燃烧合成已应用于批量生产纳米石墨、超细氧化钛涂料。合成的纳米颗粒粒度细，粒子团聚少，粒度分布窄，产物纯度高。

(2)溶胶－凝胶法　溶胶－凝胶法制备纳米材料的主要步骤是先制备金属化合物，然后将金属化合物溶解在适当的溶剂中，经过溶胶、凝胶过程而固化，再经低温热处理得到纳米粒子。与其他方法比，该法具有反应物种多、各组分混合均匀性好、合成温度低、过程易控制等优点，广泛应用于制备陶瓷纳米颗粒和氧化物纳米颗粒。该法的不足之处是必须进行后处理才能得到纳米颗粒，而且纳米颗粒容易发生团聚。

(3)有机液相合成法　有机液相合成法主要用在有机溶剂中，将能够稳定存在的金属有机化合物和某些无机物作为反应原料，在适当的反应条件下生成纳米材料。该法的显著优点是克服了某些反应物在水溶液中不能稳定存在的缺点，可以在许多介质中制备纳米材料，反应产物可以通过精馏或结晶达到很高纯度。有机液相合成法的缺点是反应时间过长，产物须进行后处理才能得到结晶较好的纳米颗粒。

2．4．3　其他方法(www.daowen.com)

已报道的方法尚有相转移法、配位沉淀法、气相蒸发法、热解法、气相反应法、微波等离子体化学气相沉积法、机械化学法等制备方法。

2．5　纳米材料的应用与发展

2．5．1　纳米材料在半导体中的应用

当前以硅为主要材料的超大规模集成电路的工艺和原理已达到极限，要继续发展必须寻求工艺和技术的突破。“光电集成”就是其中一个途径，在硅电路中用光连接取代电连接。然而大块的硅或锗的发光效率很低，且发光波段在近红外，不适合“光电集成”。寻求一种有效产生光发射的硅基材料已成为材料科学的一个热点。半导体纳米材料在可见光区具有较高的发光效率，发光波段与发光效率可由纳米材料的尺寸控制。因此，多孔硅中的量子点结构、二元半导体化合物中的嵌埋结构及半导体超晶格材料，在光纤通信和光探测器方面有广泛的应用。

2．5．2　纳米材料在磁性材料中的应用

纳米磁性材料包括纳米磁粉材料、纳米磁膜材料和纳米磁性液体。在铁磁质纳米磁性材料中，存在磁单畴结构，具有超顺磁性，即纳米结构的尺寸小于磁单畴的临界尺寸时，纳米结构中的原子磁矩有序化，具有顺磁质的特性，而在无外场时，对任何一个方向都不显磁性。加外磁场后，形成磁矩有序化的过程不是瞬时的，而有一个弛豫时间。超顺磁性材料的矫顽力远比普通材料的大，对高密度磁记录元件十分重要。

2．5．3　纳米材料在催化剂领域中的应用

纳米粒子比表面积大、表面活性中心多，为催化剂提供了必要条件。目前纳米粉材料如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等广泛用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂。如用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率提高100倍;以粒度小于100 nm的镍和铜－锌合金的纳米材料为主要成分制成加氢催化剂，可使有机物的氢化率达到传统镍催化剂的10倍;用纳米TiO2制成光催化剂具有很强的氧化还原能力，可分解废水中的卤代烃、有机酸、酚、硝基芳烃、取代苯胺及空气中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。

2．5．4　纳米材料在医药卫生行业的应用

纳米材料对于医学的发展具有深刻的意义，对于研究疾病的诊断和治疗具有重大的意义。

2．5．4．1　在疾病诊断上的应用

(1)影像学诊断　一种新型的纳米影像学诊断工具“光学相干层析术(OCT)”于1997年12月由清华大学研制成功，OCT的分辨率可达1 μm级，较CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X射线、CT、磁共振那样杀死活细胞。

有了如此准确的依据人们或许有办法把疾病“扼杀在萌芽状态”，而不必等到生命的尾声才被CT或磁共振检查出癌组织病变。

(2)实验室诊断　一种具有超高灵敏性激光单原子分子探测术问世了，它可通过人的唾液、血液、粪便以及呼出的气体，及时发现人体中哪怕只有亿万分之一的各种致病或带病游离分子。

(3)植入传感器诊断　利用纳米级微小探针技术，可向人体内植入传感器，根据不同的诊断和监测目的，可定位于体内的不同部位，也可随血液在体内运行，随时将体内的各种生物信息反馈于体外记录装置。此项技术有可能成为21世纪医学界常用的手段。

(4)病理诊断方面　目前肿瘤诊断最可靠的手段是建立在组织细胞水平上的病理学方法，但存在着良恶性及细胞来源判断不准确的问题。利用原子力显微镜可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常纳米结构改变，以解决肿瘤诊断的难题。如红细胞、巨噬细胞、食管上皮细胞、骨母细胞、精细胞、血管内皮细胞、腹膜巨噬细胞、神经母细胞、成纤维细胞、肝内皮细胞、单核细胞、神经细胞、脊椎细胞、胶质细胞、淋巴母细胞、肾上皮细胞等，以及牙龈组织、骨组织、角膜组织、巩膜组织、胃腺体的表面结构等。

(5)遗传病诊断方面　为判断胎儿是否具有遗传缺陷，以往常采用价格昂贵并对人体有损害的羊水诊断技术。如今应用纳米技术，可简便安全地达到目的。妇女怀孕8周左右，在血液中开始出现非常少量的胎儿细胞，用纳米微粒很容易将这些胎儿细胞分离出来进行诊断。

(6)癌症的早期诊断　中国医科大学第二临床学院把纳米级微粒应用于医学研究，完成了超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究。利用这项研究成果，可以发现直径3 mm以下的肝肿瘤。这对肝癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。

2．5．4．2　在治疗疾病中的应用

(1)基因治疗方面　基因治疗所面临的最大挑战是，首先要找到病变细胞的DNA链，并进一步明确有病的DNA片段，然后利用纳米技术，将用于治疗的DNA片段送到病变细胞内，替换有病的DNA片段。这就需要将DNA浓缩至50～200 nm大小且带上负电荷，才能进入细胞核内。用于治疗的DNA插入细胞核内有病的DNA的准确位点取决于纳米粒子的大小和结构。

(2)器官移植方面　纳米所要做的是寻找生物兼容物质。在器官移植领域，只要在人工器官外面涂上纳米粒子，就可预防人工器官移植的排异反应。生物兼容物质的开发，是纳米材料在医学领域中的一个重要应用。

(3)开发新药方面　纳米级粒子可使药物在人体内的传输更为方便。数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。

美国麻省理工学院的研究人员最近研制出“微型药店”:一个微型芯片(可植入或吞服)中包含了多达1 000个微型药库——每个如针尖般大小，可容纳25 μL药物。这种“微型药店”可“出售”止痛药、抗生素等多种药物。

不久前，我国已成功地研制出纳米级的新一代抗菌药物。这种粉末状的纳米颗粒直径只有25 nm，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病微生物有强烈的抑制和杀灭作用，还具有广谱、亲水、环保等多种性能，并因使用天然矿物质而不会产生耐药性。

科学家目前正在研制一种糖尿病患者专用的超微型传感器，这种传感器会模拟健康人的葡萄糖检测系统。它可植入患者皮下，监控血糖水平，然后按需要释放胰岛素。

(4)肿瘤治疗方面　研究人员将极其细小的氧化铁纳米颗粒注入患者的癌瘤里，然后将患者置于可变的磁场中，使患者癌瘤里的氧化铁纳米颗粒升温到45～47℃，这温度足以烧毁癌瘤细胞，而周围健康组织不会受到伤害。另外，将磁性纳米颗粒与药物结合，注入到人体内，在外磁场作用下，药物向病变部位集中，从而达到定向治疗的目的，将大大提高肿瘤的药物治疗效果。

有科学家设计了一种“聪明”的炸弹，它通过认读癌细胞的化学“签字”，把癌细胞作为靶细胞，该炸弹小到约20 nm，能进入单个细胞并把它炸得片甲不留。

(5)纳米机器人的开发与治疗疾病方面　纳米机器人可遨游于人体微观世界，随时清除人体中的一切有害物质，激活细胞能量，使人不仅保持健康，而且延长寿命。

2．5．5　在军事上的应用

能有效吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能材料称为雷达波吸收材料(简称吸波材料)。吸波材料的研究在国防上具有重大意义，这种“隐身材料”的发展和应用，是提高武器系统生存和突防能力的有效手段。纳米金属氧化物由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点，成为吸波材料研究的热点。纳米微粉是一种非常有发展前途的新型军用雷达波吸收剂。

2．5．6　在电子工业中的应用

在电子领域，可以从阅读硬盘上读取信息的纳米级磁读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米级存储器芯片都已投入生产。可以预见，未来以纳米技术为核心的计算机处理信息的速度将更快、效率将更高。利用纳米技术制造的分子逻辑器件的容量远远大于目前的微处理器和随机存取存储器芯片的容量，可实现通信瞬时化。采用纳米化材料后，计算机可以缩小成“掌上电脑”，体积将比现在的笔记本电脑小得多。

2．5．7　在化学工业中的应用

在化妆品方面，纳米微粒由于具有良好的黏附力和对紫外线的吸收功能，可制成抗掉色的口红、防灼的高级化妆品。例如，在化妆品中添加纳米ZnO，既能屏蔽紫外线防晒，又能抗菌除臭。涂料方面，运用纳米技术可使涂料的许多指标大幅度提高，外墙涂料的耐洗刷性由1 000多次提高到10 000多次，老化时间延长2倍。例如，在涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍提高;添加纳米TiO2可制成杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，用于房屋内墙涂饰。陶瓷方面，纳米ZnO可使陶瓷制品烧结温度降低400～600℃，烧成品光亮如镜，加有纳米ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用。利用纳米碳管独特的孔状结构、大的比表面积、较高的机械强度做成纳米反应器，使化学反应在一个很小的范围内进行。

2．5．8　纳米材料的发展

纳米材料是纳米科学技术的基本组成部分。纳米材料在晶粒尺寸、表面与体内原子数比和晶粒形状等方面与一般材料有很大的不同。这些材料的奇异性能是由其本身原子尺度上的结构、特殊的界面和表面结构所决定的。制造纳米尺度上的材料和器件在电子、光学、催化工程、陶瓷工程、磁存储和纳米复合技术上都有着重要的意义。但纳米技术的研究无论是在基础科学还是在应用技术上都面临着许多新的挑战，任重道远。纳米科学技术的发展主要有以下六大领域:纳米结构的性能，材料合成、制备和控制，表征和操纵，计算机模拟，纳米器件，系统组装和界面匹配。绝大多数有关纳米技术的研究是集中在前5个领域，仍处于基础科学探讨和概念性发展阶段。然而实现产业化取决于系统组装和界面匹配。科学家可以利用一根碳纳米管做成单电子器件，但关键是能否制造出上亿个性能稳定的元件，而且可以把它们组装成逻辑电路。只有达到这种程度才能谈得上产业化。目前微电子技术在一块硅芯片上可以做出上亿个逻辑电路。未来的纳米电子学有可能是把纳米器件和材料同硅集成电路有机地结合起来。众所周知，从半导体晶体的发明到集成电路的工业化，科学和技术经历了几十年的发展。那么纳米电子学的发展也需要很长的时间。

对于磁记录，纳米材料已经得到重大的应用。应用于平板显示的纳米材料有可能在近年内形成产业化。有些纳米材料的合成有可能在短期内实现产业化。有些纳米材料可以应用于已经成熟的工业产品，但这并不一定称得上是纳米科技，除非在性能上有大幅度的提高。例如，纳米洗衣机只有在节能和节水方面有大幅度改进的前提下才有可能列入纳米技术的范畴。

在生物工程领域，纳米技术的发展也将是一段漫长的过程。生物体系的复杂性和多变性决定了该领域的缓慢发展。新药的研制一般需要10年以上的时间。任何医药技术都要经过长时间的临床检验和论证才能投入产业化。但从另一角度来看，其他纳米技术的发展可以带动生物工程的发展，例如新的生物标本验证技术、新的探测和临床诊断技术等。新的生物材料有可能在近期内应用于医学，例如骨骼的修复、心血管的支撑和扩张技术等。

综上所述，纳米材料所展示的诱人前景还远不及此。随着人们对纳米材料认识的深入，相信还会有更多方面的发展和应用，因此系统地研究和开发新型纳米材料具有重要的实际意义。随着人们对纳米材料研究的深入，纳米材料必将出现更为广阔的应用前景，纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。纳米材料作为一门新兴科学必将对人类生活产生深远的影响，并将为调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。