Về phân loại hình học của các cấu trúc nanô ta có:
- Hạt nanô, sợi hoặc dây nanô hoặc ống nanô (một chiều thuộc thang nanô),
Về chức năng có thể phân các cấu trúc nanô thành:
- Vật liệu nanô, có thể là các hạt nanô nhƣ chấm lƣợng tử hoặc vật liệu nền có nanôtinh thể hoặc compodit có cốt sợi, ống nanô v.v…
- Linh kiện nanô (nanodevices) nhƣ các cảm biến nanô, các linh kiện đơn điện tử, các linh kiện của kỹ thuật spin (spintronics) v.v…
- Các máy nanô nhƣ các MEMS, NEMS, các máy nanô phân tử (molecular nanomachines) nhƣ các phân tử protein…
Thực tế trong một, hai thập kỷ qua cho thấy có thể thiết kế và chế tạo (thực hiện) đƣợc nhiều cấu trúc nanô từ nhiều dạng vật liệu bình thƣờng hiện có bao gồm vật liệu vô cơ, hữu cơ, sinh học.
Hình 3.1: Ảnh STM một chấm lượng tử, do sự sắp xếp thành hình tháp các nguyên tử Ge
Các cấu trúc nanô có một số đặc diểm vật lý nhƣ sau:
- Vì số nguyên tử, phân tử ở trong cấu trúc thƣờng không quá lớn nhƣ trong các vật khối, nếu tính trong thang nanô (1 – 100nm) thì vào khoảng từ vài trăm đến hàng triệu nguyên tử. Chú ý rằng trong công
nghệ vi điện tử thì con số tƣơng ứng là từ 1012 – 1021 nguyên tử. Hơn nữa ở đây sẽ xuất hiện nhiều tính chất hoàn toàn mới.
Hình 3.2: Ảnh STM một lớp tế bào hồng cầu trên một giá đế mica
- Trong các cấu trúc nanô, các tính chất điện tử và từ bị khống chế bởi các quy luật lƣợng tử. Bởi vậy mở ra khả năng là chúng có thể thực hiện các chức năng mà các cấu trúc vi điện tử không thể có đƣợc, ví dụ hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR), tức là điện trở của một chi tiết phụ thuộc mạnh khác thƣờng vào tử trƣờng tác dụng. Nhƣ vậy rõ ràng các cấu trúc nanô mở ra cả một khoảng mênh mông các ứng dụng kỳ diệu mới vào thực tiễn.
- Các cấu trúc nanô, nhờ kích thƣớc nhỏ, có tính chất xếp chặt (compact) cao, do đó tạo ra tốc độ xử lý thông tin, vận chuyển thông tin lớn (có thể gấp hàng 106 lần hiện nay). Trình độ CNTT siêu cao đó lại kết hợp với công nghệ nanô phân tử sinh học chắc chắn sẽ tạo ra trong vài thập kỷ tới các đột phá chƣa thể lƣờng hết.
- Trong hai thập kỷ qua hầu hết các ngành khoa học (khoa học máy tính, vật lý học, hóa học, sinh học v.v…) đều kết hợp nghiên cứu các cấu trúc nanô, từ đó hình thành khoa học nanô (nanoscience) hƣớng tới các chân trời mà khoa học hiện nay còn chƣa biết tới. Những tri thức đạt
đƣợc khi nghiên cứu khoa học nanô không chỉ làm phong phú thêm hiểu biết về tự nhiên mà còn trở thành cơ sở cho một sự phát triển mạnh mẽ các công nghệ mới có tính đột phá.
Hình 3.3: Dạng các cấu trúc nano chế tạo trong phòng thí nghiệm từ các phân tử polime
Không phải chỉ đến bây giờ mới phát sinh các cấu trúc nanô, cũng không phải chỉ ở trong phóng thí nghiệm mới chế tạo ra đƣợc cấu trúc nanô. Ngƣợc lại trong tự nhiên vốn đã tồn tại thƣờng xuyên và mọi nơi các cấu trúc nanô. Chỉ có là đến nay ta mới có công cụ để quan sát và nghiên cứu các tính năng của cấu trúc nanô. Điều trớ trêu là chính bản thân con ngƣời, một “cỗ máy”sở dĩ cực kỳ tinh vi và phức tạp vì nó hầu nhƣ hoàn toàn dựa trên cấu trúc nanô: 100 nghìn tỉ tế bào trong một ngƣời trƣởng thành, đều do tự nhân bản từ một tế bào, hình thành do trứng của mẹ và tinh trùng của bố theo cơ chế của cấu trúc nanô. Khoảng vài trăm nghìn loại protein có trong cơ thể chúng ta là những máy nanô, những siêu tính nanô. Từ con amíp ban đầu dƣới biển cả đến mọi loài sinh vật cũng nhƣ thế, nghĩa là đều tồn tại do cấu trúc nanô. Các hạt bụi trong khí quyển, các tầng trầm tích, các lớp kiến tạo của vỏ trái đất v.v…ở đâu cũng phát hiện thấy các cấu trúc nanô.
Xét cho cùng sự xuất hiện khoa học nanô và công nghệ nanô, theo một ý nghĩa xã hội chung, là một tất yếu lịch sử.
