纳米材料具有的颗粒尺寸小，比表面积大，表面能高，表面原子所占比例大等特点，使它表现出特有的三大效应：表面效应，小尺寸效应和量子效应，从而使纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理，化学特性。

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，故其表面积与直径成反比。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比将会显著增加，由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而加剧增大后所能引起的性质的变化。对于直径小于0.1微米的颗粒，表面效应可以忽略不计。当尺寸小于0.1纳米时，其表面原子百分数急剧增长，1克超微颗粒表面积的总和甚至可达100平方米，这时的表面积效应将不容忽略。

小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸变小而引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当超微粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理性尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将破坏，声，光，电磁，热力学等特性均会呈现新的尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦会显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。
特殊的光学性质

   当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原来的富贵光泽而呈现黑色。事实上，所有金属在超微颗粒状态都呈黑色，尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常低于1%，大约几微米的厚度就能完全消失。利用这个特性就可以作为高效率的光热，光电等转换材料，可以高效率的将太阳能转变为热能，电能，此外又有可能应用与红外敏感元件，红外隐身技术等。利用等离子其振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽，隐形飞机等。

特殊的热学性质

固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后去发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。由于颗粒小，纳米微粒表面能高，比表面原子近邻配位不全，活性大以及纳米粒子体积小于大块材料，因此纳米粒子熔化时所增加的内能小得多，这就使得纳米粒子熔点急剧下降。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。

特殊的磁学性质

    小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著不同，大块的纯铁矫顽力约为80安/米，而当颗粒尺寸减小到0.002微米以下时，其矫顽力可增加1000倍，若进一步减小其尺寸，大约小于0.0006微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出趋顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带，磁盘，磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

特殊的力学性质

陶瓷材料在通常的情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制而成的纳米陶瓷材料却是有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出极佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。

呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3-5倍，至于金属—陶瓷等复合纳米材料，则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其前景十分广阔。

超导热性，介电性能，声学特性等

纳米材料还有显著的超导热性，介电性能，声学特性，纳米粒子在低温或超低温下几乎没有热阻。聚酰亚胺纳米杂化材料，其介电常数低于2.4米，同时具有高的强度和低的吸水率，可作为超低介电常数绝缘材料。对于铁系合金纳米粒子，其磁性比块状的强的多，有利于在磁性材料中降低噪音，提高信噪比。

量子效应（量子尺寸效应，宏观量子隧道反应）

各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的光谱线。由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带。由于原子数目很多，能带中能级的间距很小，因此大块固体的能带可以看作是连续的。对于介于原子，分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大，而当能级间距大于热能，磁能，静磁能，静电能，光子能量或超导的凝聚态能时，量子效应变得非常重要，致使纳米颗粒在磁，光热，电以及超导电性等方面呈现出与宏观物体截然不同的反常特性，这就是量子尺寸效应。

   微观粒子具有贯穿势垒的能力成为隧道效应。近几年来，人们发现一些宏观量子，例如超微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越超宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。