在纳米尺度下,物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能:
(1)表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。同时,表面原子具有高的活性,且极不稳定,它们很容易与外来的原子结合,形成稳定的结构。所以,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
(2) 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变,在一定的条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。纳米颗粒尺寸小,表面积大,在熔点,磁性,热阻,电学性能,光学性能,化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化,产生一系列奇特的性质。例如,金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,并产生吸收峰的等离子共振频率偏移;出现磁有序态向磁无序,超导相向正常相的转变。