納米技術、信息技術及生物技術將成為新世紀社會經濟發展的三大支柱。納米科技的興起，對我國提出了嚴峻的挑戰，同時也為我國實現跨越式發展提供了難得的機遇。納米材料是納米科技的基礎，功能納米材料是納米材料科學中最富有活力的領域，它對信息、生物、能源、環境、宇航等高科技領域，將產生深遠的影響并具有廣闊的應用前景。
一、 納米材料的產生
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎。納米材料的使用古已有之。根據研究，中國古代字畫之所以歷經千年而不褪色，是因為所用的墨是由納米級的碳黑組成；中國古代銅鏡表面的防銹層也被證明是由納米氧化錫顆粒構成的薄膜。只是當時的人們沒有清楚地了解而已。
現代社會以納米命名的材料出現在20世紀80年代，納米材料是指三維空間中至少有1維處于l～100 納米尺度范圍內或由它們作為基本單元構成的材料。納米材料由于納米尺度顆粒的許多特點導致納米材料在結構、化學性質、光電性質等諸多方面存在誘人的特征，從而引起材料科學家的濃厚興趣，使之成為材料學科學領域的研究熱點。納米材料對新材料的設計和發展具有十分重要的價值，被譽為“21世紀最有前途的材料”。
通常人們將納米材料分為三類：①零維，指空間三維都是納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團簇等；②一維，指空間兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；③二維，指三維空間中只有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等。按照形態，納米材料可以分為四類：一是納米顆粒型材料，指使用時直接使用納米顆粒的形態；二是納米固體材料，指使用時尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓下壓制成型，或再經一定熱處理工序后生成的致密固體材料；三是顆粒膜材料，是將顆粒嵌于薄膜中所生成的復合薄膜；四是納米磁性液體材料，是由超微細微粒包覆一層長鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中而構成穩定的具有磁性的液體。
目前，納米材料的研究主要集中在兩個方面：①探索新的合成方法，發展新型納米材料；②系統研究納米材料的性能、微結構和譜學特征等，對照常規材料探究納米材料的特殊規律，建立描述和表征納米材料的新概念和新理論。
納米材料的特殊性能由于納米材料的特殊結構，使之產生四大效應，即小尺寸效應、量子效應（含宏觀量子隧道效應）、表面效應和界面效應，從而具有傳統材料所不具備的物理、化學性能。如TiO2納米材料具有奇特韌性，在180℃高溫下彎曲而不斷裂；CaF2納米材料在80～180℃溫度下，塑性提高100％。
英國著名的材料專家Cahn稱：納米材料是解決陶瓷脆性的戰略性突破，使材料科學家們奮斗了近一個世紀的夢想成為現實。納米金屬的熔點比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高10倍；納米復合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極強，是隱形技術的突破；納米材料顆粒與生物細胞結合力很強，為人造骨質的應用拓寬了途徑。
二、 國內外納米材料的研究及產業標準化現狀
1．國內外納米材料的研發概括
自20世紀80年代以來，納米材料以其奇特的性能和廣闊的應用前景，被譽為跨世紀的新材料，已經引起了科學界和企業界的極大關注。發達國家高度重視納米材料，美國將其列入“星球大戰”、 國家納米技術計劃（NII）、歐盟和日本也將其列入“尤里卡”和“高技術探索研究”等高技術研究計劃，發展非常迅速。我國也及時地編制了“863”計劃，對其進行跟蹤和研究開發，而國家火炬計劃重點支持研究成果向生產力的轉化，使納米材料的研究開發取得了可喜進展。
在納米材料中，由于納米級尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度等物理特征尺寸相當或更小，使得晶體周期性的邊界條件被破壞；納米微粒的表面層附近的原子密度減小；電子的平均自由程很短，而局域性和相干性增強。尺寸下降還使納米體系包含的原子數大大下降，宏觀固定的準連續能帶轉變為離散的能級。這些導致納米材料宏觀的聲、光、電、磁、熱、力學等的物理效應與常規材料有所不同，體現為量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀隧道效應等。目前描述納米材料中的基本物理效應主要是從金屬納米微粒研究基礎上發展和建立起來的，要準確把握納米科技中現象的本質，就必須要在理論上實現從連續系統物理學向量子物理學的轉變。
當今科技的發展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存儲和超快傳輸等特性，為納米科技和納米材料的應用提供了廣闊的空間。美國制定的“國家納米技術計劃”(NNI)中所列納米科學與技術涉及的領域很寬泛，但最基本的有三個，即納米材料，納米電子學、光電子學和磁學，納米醫學和生物學。
2．納米材料的標準制定情況
國外納米技術發展起步比較早，在納米標準化方面也奠定了一定的基礎。如2005年1月，BSI正式向ISO提出了制定納米技術標準的建議，目前它正在制定一項有關納米術語的公用規范（PAS）；歐洲標準化委員會（CEN）新近成立了CEN/BT/WG 166，著手制定納米術語標準。美國電工電子工程師協會（IEEE）于 2003年提出了一項標準化項目，內容涉及碳管電氣性能的測試方法。美國國家標準與技術研究院（NIST）于2002年啟動了“國家納米科技計劃（NNI）”，并于2004年7月成立了納米技術標準工作組，承擔納米術語、納米材料性能測試方法等標準的研制工作。歐洲委員會于2004年推出了“歐洲納米技術發展戰略”。不久前，德國標準化學會（DIN）也確定了納米技術動態標準化項目。研究分析表明，這些國家首先推出的是納米技術檢測標準（包括術語標準）、質量標準與完全標準、兼容性標準和接口標準等內容。
我國的納米材料研究起步較早，已取得了碳納米管和準一維納米材料等在國際上有影響的研究成果，在起步階段就處于國際領先地位。我國的納米材料標準化工作開始于2001年，被列入國家科技部的基礎性重大研究項目，已開展了15項納米材料標準的研制，其中首批7項標準經國家標準化管理委員會批準，已經于2005年4月1日起正式實施，后續還將有更多的標準陸續發布和實施。
《納米材料術語》（GB/19619-2004）等七項國家標準是我國首次批準發布的關于納米材料的國家標準，也是世界上首次以國家標準形式頒布的納米材料標準。它標志著我國納米材料標準化工作已經走向世界前列。七項國家標準的發布實施，同樣也具有非常重要的現實意義，它們對規范納米材料市場、支持高技術含量的產品應用、促進我國納米材料產業健康快速發展，必將起到積極的推動作用。
三、 納米材料對建設節約型社會的重要意義
進入21世紀，我國鋼鐵、有色金屬、水泥等行業都以兩位數的比率飛躍增長，以致于鋼鐵、鋁、水泥成為經濟過熱的領頭羊，需要國家給予調控。影響所及，造成國內外鐵、鋁、銅礦價格暴漲；加上環保措施不力，安全和污染形勢嚴重。而礦產資源短缺和污染都是制約發展的主要因素。
而我國計劃到2020年實現國民經濟翻兩番，并實現全面建設小康社會的目標。作為支柱產業的材料工業應該如何發展需要認真探討。由于納米材料可以顯著提高材料性能，對于提高傳統材料的性能，增強節能等方面都有顯著效果。如在建設方面應用納米材料。由于水泥廣泛應用于建筑行業中，而耐久性是評價水泥的一個重要指標。實驗證明，水泥基復合材料由于摻入硅質納米顆粒，可以顯著改善高速公路路面及路緣石高耐久性：抗凍性提高20倍，耐鋼筋銹蝕提高10倍，耐除冰鹽侵蝕能力提高8倍以上。
（1）納米技術在涂料行業的應用和發展
納米技術可以使建材涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體進行強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優良性之外，可在－10℃到－25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量，一舉三得，備受建筑施工單位的歡迎。 我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用這種類型的建筑涂料裝飾，與傳統建筑涂料相比所產生的經濟社會效益不言而喻，發展前景十分廣闊。
（2）納米材料在節能燈具方面的應用
新型納米材料燈不但節能，還能減排二氧化碳、二氧化硫和粉塵。日前，哈爾濱市動力區創業中心的科技人員開發了一種環保耐用的納米材料節能燈，這種新型節能燈目前已經獲得了國家發明專利和實用新型專利。
據悉，該節能燈所用的節能材料是一種有機和無機納米雜化發光材料，它由一種高聚物與稀土化合物納米雜化發光材料合成，經過反應后制成凝膠，再用熱聚合的方法獲得新型納米節能材料。該節能燈是一種冷光源，可以高限度地利用電能，經國家電光源質量監督檢驗中心檢驗，與普通材料的發光燈相比，可節能90%。在節能燈管中添加不同的材料，還能發出無顏六色的光。目前哈市大型公共建筑物有各類高耗能的照明燈數萬只，如果采用新型納米材料節能燈，可節電80%。
（3）納米材料在空氣凈化中的應用
納米材料在處理空氣污染方面有廣闊的應用前景，因其具有較小的顆粒尺寸，而且納米微粒表面形態隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，從而起到以下三個方面的作用：①提高反應速度，增加反應率；②決定反應路徑，良好的選擇性；③降低反應溫度。
如作為煤炭用助燃催化劑。工業用煤燃燒后會產生SO2氣體，在燃料燃燒時，加入一種納米級助燃催化劑，不僅可以使煤充分燃燒，提高能源利用率，而且會使硫轉化成固體的硫化物，不產生二氧化硫氣體，從而杜絕有害氣體的產生。而如果作為石油脫硫催化劑，在經催化的石油中硫的含量小于0.01%，可達到國際標準。 納米科技是當今最富有活力、對未來經濟和社會發展將產生重大影響的前沿科技領域。納米科技將大大拓展和深化人們對客觀世界的認識，使人們能夠在原子、分子水平上制造材料及器件，導致信息、材料、能源、環境、醫療與衛生、生物與農業等領域的技術變革。
一、 納米材料的產生
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎。納米材料的使用古已有之。根據研究，中國古代字畫之所以歷經千年而不褪色，是因為所用的墨是由納米級的碳黑組成；中國古代銅鏡表面的防銹層也被證明是由納米氧化錫顆粒構成的薄膜。只是當時的人們沒有清楚地了解而已。
現代社會以納米命名的材料出現在20世紀80年代，納米材料是指三維空間中至少有1維處于l～100 納米尺度范圍內或由它們作為基本單元構成的材料。納米材料由于納米尺度顆粒的許多特點導致納米材料在結構、化學性質、光電性質等諸多方面存在誘人的特征，從而引起材料科學家的濃厚興趣，使之成為材料學科學領域的研究熱點。納米材料對新材料的設計和發展具有十分重要的價值，被譽為“21世紀最有前途的材料”。
通常人們將納米材料分為三類：①零維，指空間三維都是納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團簇等；②一維，指空間兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；③二維，指三維空間中只有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等。按照形態，納米材料可以分為四類：一是納米顆粒型材料，指使用時直接使用納米顆粒的形態；二是納米固體材料，指使用時尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓下壓制成型，或再經一定熱處理工序后生成的致密固體材料；三是顆粒膜材料，是將顆粒嵌于薄膜中所生成的復合薄膜；四是納米磁性液體材料，是由超微細微粒包覆一層長鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中而構成穩定的具有磁性的液體。
目前，納米材料的研究主要集中在兩個方面：①探索新的合成方法，發展新型納米材料；②系統研究納米材料的性能、微結構和譜學特征等，對照常規材料探究納米材料的特殊規律，建立描述和表征納米材料的新概念和新理論。
納米材料的特殊性能由于納米材料的特殊結構，使之產生四大效應，即小尺寸效應、量子效應（含宏觀量子隧道效應）、表面效應和界面效應，從而具有傳統材料所不具備的物理、化學性能。如TiO2納米材料具有奇特韌性，在180℃高溫下彎曲而不斷裂；CaF2納米材料在80～180℃溫度下，塑性提高100％。
英國著名的材料專家Cahn稱：納米材料是解決陶瓷脆性的戰略性突破，使材料科學家們奮斗了近一個世紀的夢想成為現實。納米金屬的熔點比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高10倍；納米復合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極強，是隱形技術的突破；納米材料顆粒與生物細胞結合力很強，為人造骨質的應用拓寬了途徑。
二、 國內外納米材料的研究及產業標準化現狀
1．國內外納米材料的研發概括
自20世紀80年代以來，納米材料以其奇特的性能和廣闊的應用前景，被譽為跨世紀的新材料，已經引起了科學界和企業界的極大關注。發達國家高度重視納米材料，美國將其列入“星球大戰”、 國家納米技術計劃（NII）、歐盟和日本也將其列入“尤里卡”和“高技術探索研究”等高技術研究計劃，發展非常迅速。我國也及時地編制了“863”計劃，對其進行跟蹤和研究開發，而國家火炬計劃重點支持研究成果向生產力的轉化，使納米材料的研究開發取得了可喜進展。
在納米材料中，由于納米級尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度等物理特征尺寸相當或更小，使得晶體周期性的邊界條件被破壞；納米微粒的表面層附近的原子密度減小；電子的平均自由程很短，而局域性和相干性增強。尺寸下降還使納米體系包含的原子數大大下降，宏觀固定的準連續能帶轉變為離散的能級。這些導致納米材料宏觀的聲、光、電、磁、熱、力學等的物理效應與常規材料有所不同，體現為量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀隧道效應等。目前描述納米材料中的基本物理效應主要是從金屬納米微粒研究基礎上發展和建立起來的，要準確把握納米科技中現象的本質，就必須要在理論上實現從連續系統物理學向量子物理學的轉變。
當今科技的發展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存儲和超快傳輸等特性，為納米科技和納米材料的應用提供了廣闊的空間。美國制定的“國家納米技術計劃”(NNI)中所列納米科學與技術涉及的領域很寬泛，但最基本的有三個，即納米材料，納米電子學、光電子學和磁學，納米醫學和生物學。
2．納米材料的標準制定情況
國外納米技術發展起步比較早，在納米標準化方面也奠定了一定的基礎。如2005年1月，BSI正式向ISO提出了制定納米技術標準的建議，目前它正在制定一項有關納米術語的公用規范（PAS）；歐洲標準化委員會（CEN）新近成立了CEN/BT/WG 166，著手制定納米術語標準。美國電工電子工程師協會（IEEE）于 2003年提出了一項標準化項目，內容涉及碳管電氣性能的測試方法。美國國家標準與技術研究院（NIST）于2002年啟動了“國家納米科技計劃（NNI）”，并于2004年7月成立了納米技術標準工作組，承擔納米術語、納米材料性能測試方法等標準的研制工作。歐洲委員會于2004年推出了“歐洲納米技術發展戰略”。不久前，德國標準化學會（DIN）也確定了納米技術動態標準化項目。研究分析表明，這些國家首先推出的是納米技術檢測標準（包括術語標準）、質量標準與完全標準、兼容性標準和接口標準等內容。
我國的納米材料研究起步較早，已取得了碳納米管和準一維納米材料等在國際上有影響的研究成果，在起步階段就處于國際領先地位。我國的納米材料標準化工作開始于2001年，被列入國家科技部的基礎性重大研究項目，已開展了15項納米材料標準的研制，其中首批7項標準經國家標準化管理委員會批準，已經于2005年4月1日起正式實施，后續還將有更多的標準陸續發布和實施。
《納米材料術語》（GB/19619-2004）等七項國家標準是我國首次批準發布的關于納米材料的國家標準，也是世界上首次以國家標準形式頒布的納米材料標準。它標志著我國納米材料標準化工作已經走向世界前列。七項國家標準的發布實施，同樣也具有非常重要的現實意義，它們對規范納米材料市場、支持高技術含量的產品應用、促進我國納米材料產業健康快速發展，必將起到積極的推動作用。
三、 納米材料對建設節約型社會的重要意義
進入21世紀，我國鋼鐵、有色金屬、水泥等行業都以兩位數的比率飛躍增長，以致于鋼鐵、鋁、水泥成為經濟過熱的領頭羊，需要國家給予調控。影響所及，造成國內外鐵、鋁、銅礦價格暴漲；加上環保措施不力，安全和污染形勢嚴重。而礦產資源短缺和污染都是制約發展的主要因素。
而我國計劃到2020年實現國民經濟翻兩番，并實現全面建設小康社會的目標。作為支柱產業的材料工業應該如何發展需要認真探討。由于納米材料可以顯著提高材料性能，對于提高傳統材料的性能，增強節能等方面都有顯著效果。如在建設方面應用納米材料。由于水泥廣泛應用于建筑行業中，而耐久性是評價水泥的一個重要指標。實驗證明，水泥基復合材料由于摻入硅質納米顆粒，可以顯著改善高速公路路面及路緣石高耐久性：抗凍性提高20倍，耐鋼筋銹蝕提高10倍，耐除冰鹽侵蝕能力提高8倍以上。
（1）納米技術在涂料行業的應用和發展
納米技術可以使建材涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體進行強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優良性之外，可在－10℃到－25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量，一舉三得，備受建筑施工單位的歡迎。 我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用這種類型的建筑涂料裝飾，與傳統建筑涂料相比所產生的經濟社會效益不言而喻，發展前景十分廣闊。
（2）納米材料在節能燈具方面的應用
新型納米材料燈不但節能，還能減排二氧化碳、二氧化硫和粉塵。日前，哈爾濱市動力區創業中心的科技人員開發了一種環保耐用的納米材料節能燈，這種新型節能燈目前已經獲得了國家發明專利和實用新型專利。
據悉，該節能燈所用的節能材料是一種有機和無機納米雜化發光材料，它由一種高聚物與稀土化合物納米雜化發光材料合成，經過反應后制成凝膠，再用熱聚合的方法獲得新型納米節能材料。該節能燈是一種冷光源，可以高限度地利用電能，經國家電光源質量監督檢驗中心檢驗，與普通材料的發光燈相比，可節能90%。在節能燈管中添加不同的材料，還能發出無顏六色的光。目前哈市大型公共建筑物有各類高耗能的照明燈數萬只，如果采用新型納米材料節能燈，可節電80%。
（3）納米材料在空氣凈化中的應用
納米材料在處理空氣污染方面有廣闊的應用前景，因其具有較小的顆粒尺寸，而且納米微粒表面形態隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，從而起到以下三個方面的作用：①提高反應速度，增加反應率；②決定反應路徑，良好的選擇性；③降低反應溫度。
如作為煤炭用助燃催化劑。工業用煤燃燒后會產生SO2氣體，在燃料燃燒時，加入一種納米級助燃催化劑，不僅可以使煤充分燃燒，提高能源利用率，而且會使硫轉化成固體的硫化物，不產生二氧化硫氣體，從而杜絕有害氣體的產生。而如果作為石油脫硫催化劑，在經催化的石油中硫的含量小于0.01%，可達到國際標準。 納米科技是當今最富有活力、對未來經濟和社會發展將產生重大影響的前沿科技領域。納米科技將大大拓展和深化人們對客觀世界的認識，使人們能夠在原子、分子水平上制造材料及器件，導致信息、材料、能源、環境、醫療與衛生、生物與農業等領域的技術變革。
