Vật liệu nano đang đi sâu vào đời sống hiện đại và đang dần dần chiếm một ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của con người nhờ vào các tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống trước đó không có được. Tính đặc biệt của vật liệu nano có được là nhờ kích thước nhỏ bé của chúng. Hai nguyên nhân chính dẫn tới những thay đổi ở tính chất của vật liệu là do diện tích bề mặt được tăng lên rất nhiều và xuất hiện các hiệu ứng lượng tử. Diện tích bề mặt (trên đơn vị khối) tăng lên, sẽ dẫn tới độ phản ứng hóa học tương ứng tăng lên, làm cho một số vật liệu nano có thể được sử dụng làm chất xúc tác. Khi kích thước của vật liệu bị giảm xuống tới 10nm hoặc ít hơn, các hiệu ứng lượng tử bắt đầu xuất hiện và làm thay
đổi các tính chất quang học, từ tính và điện tính của vật liệu. - Hiệu ứng lượng tử:
Đối với các vật liệu thông thường hình thành rất nhiều nguyên tử (1µm3 vật liệu có khoảng 1012 nguyên tử). Các hiệu ứng lượng tửđược trung bình hoá cho tất cả các nguyên tử, vì thế mà ta có thể bỏ qua những khác biệt ngẫu nhiên của từng nguyên tử mà chỉ xét giá trị trung bình của chúng. Nhưng đối với vật liệu nano, do kích thước của vật liệu nhỏ, hệ có rất nhiều nguyên tử nên các tính chất lượng tử thể
hiện rõ hơn và không thể bỏ qua. Điều này làm xuất hiện ở vật liệu nano các hiệu
ứng lượng tử như hiệu ứng đường ngầm… - Hiệu ứng bề mặt:
Ở vật liệu nano, tỷ số các nguyên tử nằm trên bề mặt trên tổng số các nguyên tử của vật liệu lớn hơn nhiều so với các vật liệu dạng khối. Vì thế các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt như: Khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt … của vật liệu nano sẽ
lớn hơn nhiều. Điều đó đã mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ
và nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa học đang quan tâm, nghiên cứu. - Hiệu ứng kích thước:
Các vật liệu truyền thống thường được đặc trưng bởi một số các đại lượng vật lý, hoá học không đổi như độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt
độ sôi, tính axit… Tuy nhiên, các đại lượng vật lý và hoá học này chỉ là bất biến nếu kích thước của vật liệu đủ lớn (thường là lớn hơn 100nm). Khi giảm kích thước c a v t li u xu ng c p nano mét (nh h n 100nm), thì các i l ng lý, hoá
trên không còn là bất biến nữa, ngược lại chúng sẽ thay đổi. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng kích thước. Kích thước mà ở đó, vật liệu bắt đầu có sự thay đổi các tính chất được gọi là kích thước tới hạn. Ví dụ như: Điện trở của một kim loại ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hằng ngày sẽ tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại (thường là vài nm đến vài trăm nm) thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật liệu có kích thước nano sẽ tuân theo quy tắc lượng tử.