納米技術(shù)不僅僅是在更小的尺寸上工作，相反，在納米尺度上工作使科學(xué)家能夠理解和利用在這個(gè)尺度上出現(xiàn)的材料的獨(dú)特物理、化學(xué)、機(jī)械和光學(xué)等等特性。

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量子效應(yīng)占主導(dǎo)地位的尺度

當(dāng)創(chuàng)建尺寸約為1-100納米的粒子時(shí)，材料的特性可能會(huì)與更大尺度的特性發(fā)生顯著變化。這是量子效應(yīng)可以支配粒子行為和性質(zhì)的尺度。納米尺度的量子效應(yīng)的一個(gè)迷人而強(qiáng)大的結(jié)果是特性“可調(diào)性”的概念。也就是說，通過改變粒子的大小，科學(xué)家可以從字面上微調(diào)感興趣的材料特性。在納米尺度上，熔點(diǎn)、熒光、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和化學(xué)反應(yīng)性等特性會(huì)隨著顆粒大小的變化而變化。

納米級(jí)金說明了在納米級(jí)發(fā)生的獨(dú)特特性。根據(jù)顆粒的大小，納米級(jí)金會(huì)呈現(xiàn)紅色或紫色。由于量子效應(yīng)，金納米粒子與大尺度金粒子相比與光的相互作用不同。

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表面行為發(fā)揮更大作用的尺度

納米級(jí)材料的表面積與體積比遠(yuǎn)大于散裝材料。隨著單位體積表面積的增加，材料會(huì)變得更具反應(yīng)性。

一個(gè)簡單的思想實(shí)驗(yàn)說明了為什么納米粒子具有非常高的表面積。一個(gè)邊長為1厘米的固體立方體的表面積為6平方厘米，大約等于半塊口香糖的一側(cè)。但是，如果在1立方厘米的體積中填滿邊長為1毫米的立方體，那將是1,000毫米大小的立方體（10 x 10 x 10），每個(gè)立方體的表面積為6平方毫米，總計(jì)表面積為60平方厘米——比信用卡略大。當(dāng)1立方厘米充滿微米大小的立方體時(shí)——一萬億（1012) 其中每個(gè)的表面積為 6 平方微米——總表面積為6平方米，或略小于一輛小型汽車的占地面積。當(dāng)那一立方厘米的體積充滿1納米大小的立方體時(shí)——1021其中，每個(gè)面積為6平方納米，它們的總表面積達(dá)到6000平方米。換句話說，一立方厘米的立方納米粒子的總表面積甚至比足球場的面積還要大！由于這種更高的表面積，更多的材料暴露在周圍環(huán)境中，這可以極大地加速這些材料的化學(xué)反應(yīng)或反應(yīng)性。納米結(jié)構(gòu)材料中更大的表面積和更高的反應(yīng)性的一個(gè)好處是它們有助于創(chuàng)造更好的催化劑。催化的一個(gè)日常例子是汽車中的催化轉(zhuǎn)換器，它可以清潔廢氣并減少空氣污染。納米級(jí)催化劑的更高表面積使現(xiàn)代催化轉(zhuǎn)化器在催化轉(zhuǎn)化器中使用的貴金屬比以前實(shí)現(xiàn)相同減少污染氣體所需的貴金屬少得多。工程師們正在利用納米級(jí)反應(yīng)性的提高來設(shè)計(jì)更好的電池、燃料電池和催化劑，以實(shí)現(xiàn)更清潔、更安全的能源生產(chǎn)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。

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生物學(xué)發(fā)生的規(guī)模

幾千年來，大自然在納米尺度上完善了生物學(xué)藝術(shù)。細(xì)胞的許多內(nèi)部運(yùn)作自然發(fā)生在納米級(jí)。例如，血紅蛋白是一種通過身體攜帶氧氣的蛋白質(zhì)，其直徑為5.5納米。一條DNA鏈?zhǔn)巧慕M成部分之一，直徑只有2納米左右。

利用生物學(xué)的自然納米尺度，許多醫(yī)學(xué)研究人員正致力于設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)方法更精確和個(gè)性化的工具、治療方法和療法。納米藥物制劑可以設(shè)計(jì)為將治療劑直接輸送到體內(nèi)的特定部位，這可以降低達(dá)到治療效果所需的劑量并減少不良副作用。納米材料還被用于開發(fā)負(fù)擔(dān)得起且易于使用的診斷和監(jiān)測(cè)設(shè)備，適用于包括葡萄糖監(jiān)測(cè)、妊娠試驗(yàn)和病毒檢測(cè)在內(nèi)的廣泛應(yīng)用。先進(jìn)的納米材料用于改善假肢材料的化學(xué)、物理和機(jī)械性能，其優(yōu)點(diǎn)包括更好的生物相容性、強(qiáng)度重量比、

其他領(lǐng)域也受益于對(duì)天然納米技術(shù)的理解。一些科學(xué)家正在探索使用分子自組裝、自組織和量子力學(xué)來創(chuàng)建新的計(jì)算平臺(tái)。其他研究人員正在使用納米材料開發(fā)受自然啟發(fā)的人工光合作用系統(tǒng)來利用太陽能。