論文《On the Basic Concept of nanotechnology》裡頭就先以「奈米技術」來強調 新的精密技術與精度標準。在 1982 年國際商業機器公司(IBM)公程師發明了掃描 式穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope, STM)，其為利用一極細的金屬探 針極接近具導電性樣品的表面進行精確的掃描，此刻給予一電位差於針尖和樣品 之間，針尖的電子就會穿越電位障壁發生穿隧現象，表面起伏就會影響穿隧電流
1-2 奈米材料的製作
1.化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)：化學氣相沉積法是加熱反 應物後，使反應物轉變為氣態，然後在氣相環境中進行化學反應，最後形成固態 的產物，並且在基板上沉積成奈米薄膜。
2.水熱合成法(Hydrothermal Synthesis)：水熱合成法是在一密閉的壓力容器中，
使反應物在高溫高壓下進行反應，隨後在結晶成奈米晶體。
3.氧化還原法(Reduction-Oxidation reaction)：利用氧化還原電位的差異，將所需 之金屬鹽類加入適當還原劑即可得到。此外也可以利用電極在電解液裡進行氧化 還原反應，在電極上即可得到金屬奈米粒子。
4.沉澱法(Precipitation Method)：將沉澱劑加入金屬鹽類中，使其離子度積超過其 溶解度積而達飽和產生沉澱，在經過濾、乾燥、鍛燒等處理程序即可獲得奈米材 料。
5.溶膠凝膠法(Sol-Gel Method)：將具有高化學活性之化合物當作前驅物，液相中 將這些前驅物充分混合併且進行水解及縮合反應。溶液漸漸形成穩定的溶膠，繼 續反應會緩慢聚合以至形成三維網狀的凝膠，經過乾燥及熱處理可獲得奈米結構 的材料。
1-3 奈米材料的性質
奈米(nanometer)為一長度單位，指的是一米(meter)的十億分之一(10-9m)。而 材料尺寸從微米縮小至奈米不僅是尺寸上的改變，同時也因為尺寸夠小，也伴隨 著一些與塊材不一樣的性質。現今的奈米尺度材料，通常以一百奈米以下的領域 為主，以維度上來區分，零維奈米材料是指長、寬、高三維尺度皆在奈米尺寸內，
例如量子點(quantum dot)、奈米粒子(nanoparticle)等，若有一維度沒有被限制在 奈米尺寸內，則稱為一維奈米結構，例如奈米棒(nanorod)或奈米線(nanowire)。
另外亦有二維奈米結構，如奈米薄膜或奈米板(nanoplate)。透過不同奈米結構及 大小，控制其表面或內部結構及組合方式即可發展出材料的特殊性質及其應用。
1. 量子侷限效應(Quantum Confinement Effect)
奈米材料的應用非常廣泛，其中以奈米半導體的發展最引人矚目。近年來許 多這方面的研究都朝向了量子點進行探討，量子點由於體積小，受到能量屏障 (Energy Barrier)的影響，三維限制在 100 奈米以下，其電子與電洞將會被侷限在 此一微小晶體中，其結合(Recombination)機率變大使得發光效率變高。 (coherence length)等物理參量長度或更小時，奈米顆粒表面的原子密度下降，導 致微粒的光、電、力、熱、磁及化學性質改變。
光學性質：金屬奈米顆粒對光的吸收率很高，及對光的反射很低，利用這個特
性可以做為高效率的光熱及光電轉換材料，可以將太陽光有效地轉換成熱能或電 能。
力學性質：材料硬度與尺寸有很大的關聯性，當尺寸越小則硬度越大。但晶體 小到超過一個臨界點時，硬度反而隨粒徑變小而降低。與塊材相比，奈米材料有 更好的重塑性與延展性，因此可以提升材料的機械性質與應用方向。
電學性質：因電子平均自由徑變少，使金屬導電性下降，從導體變為絕緣體。
奈米半導體的介電常數受到尺寸大小影響，尺寸在一臨界值時介電常數有最大值，
當放大或縮小尺寸後介電常數也會因此下降。
1-4 奈米材料的應用
隨 奈 米 科 技 的 進 步 ， 在 醫 學 上 也 有 奈 米 材 料 的 應 用 ， 例 如 光 熱 治 療 (Photothermal Therapy)，近紅外光在許多奈米材料皆有明顯的吸收，將吸收的光 能轉為熱能，利用局部注射後照光產生高溫並殺死腫瘤細胞，具光熱治療的潛力。
奈米材料包括金奈米材料、氧化鎢奈米線等等均可透過光熱成像(Photothermal Imaging)3、光聲成像(Photoacoustic imaging)4形成表徵，另外還具有其他的顯影 能力。臨床上影像技術可以以此特性有效的應用在腫瘤診斷上，輔助光熱治療來 判斷其效果優劣。
另外在醫療診斷時，奈米材料可以放大檢測訊號，因此可以減少檢體所需的 量，提高檢測的偵測極限。例如利用金奈米粒子的表面電漿子共振效應，可以放 大抗體上螢光標記物的螢光訊號。不但可以使免疫檢測的準確性提升，還可以降 低檢體所需的量。
金奈米粒子 抗體
抗原
抗體
瑩光標記物
1-5 奈米金屬與表面電漿共振效應
圖3 金屬表面電漿共振示意圖5
金 奈 米 粒 子 在 紫 外 光 及 可 見 光 區 有 很 強 的 吸 收 ， 原 因 就 是 侷 域 性 表 面 電 漿 共 振 效 應。其 尺 寸、形 狀、組 成、排 列 方 式 等 相 當 重 要，只 要 改 變 材 料 微 觀 結 構 特 性 來 操 控 金 屬 奈 米 粒 子 對 某 段 特 定 波 長 吸 收 或 穿 透 ， 進 而 應 用 在 光 學 方 面 的 用 途 。
圖4 金屬奈米球受到電磁波作用下發生侷域性表面電漿子共振現象5