效應（Small scale effect），表面效應（Surface effect），和量子穿隧效應
（Quantum tunneling effect）等，使奈米材料出現不同於傳統材料的獨特性質，
其光學、電磁學與熱力學等性能得到進一步優化。
1. 小尺寸效應:
當顆粒變小時所引起的性質變化，稱為「小尺寸效應」。當微粒尺 寸與光波波長或德布羅意波長(de Broglie wave)相當或更小時，粒子的 晶體週期性邊界條件將被破壞，奈米粒子表面的原子密度下降，導致
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圖1-1- 1 不同維度下的電子能階與能量關係圖2
1925 年諾貝爾化學獎得主 Richard Adolf Zsigmondy 首次提出了「奈米」的 概念，他是第一個使用顯微鏡來測量金膠體溶液中粒子大小的科學家，而現代 奈米技術是由1965 年諾貝爾物理獎得主 Richard Feynman 在 1959 年發表的講 座「There’s Plenty of Room at the Bottom」 帶起了新穎風潮，雖然在當時仍未 有「奈米技術」這個名詞。他以「由下而上的方法」（Bottom up）出發，提出 從單個分子甚至原子開始進行組裝，以達到設計要求。而Richard Feynman 的 假設也在日後的研究被證實，因此他也被視為現代奈米技術之父3。
近 20 年來，隨著精密且微小電子元件的快速發展，尺寸細微化，再加上表 面催化性質的研究，生物工程 材料的發展等促進了固體微顆粒的製備與研究，
尤其是1962 年日本理論物理學家久保的量子尺寸效應理論問世，用來解釋金屬 超微粒子(Ultra-fine particles)的能量不連續，亦即超微粒子會受到局限，而使人 們對超微粒子的電子結構、型態、和性質有了更進一步的了解，更加速了這一 領域實驗與理論的發展。現今世界開始利用奈米技術並結合物理、化學、醫學 等許多領域，因為奈米材料獨有的物理性質，靈活的應用 發展出無限的可能 性。
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1-2 奈米材料的製作
要使產品達到奈米等級的效果，將材料奈米化，理想的奈米材料必須符合 粒子特徵長度都在奈米範圍、粒徑型態均一且分散性良好等條件。奈米材料的 製造方法很多，主要可歸類為以下二種：
1. 由大而小的方法(Top Down):使用物理的方式，將塊材加工成奈米的維 度，最常見的做法是研磨法及微影蝕刻法二種。
2. 由小而大的方法(Bottom up):分為是用合成及自組裝兩種方式。合成法 有物理以及化學方法二種，物理合成法包含氣相蒸鍍法和雷射濺鍍法。
化學合成法包含化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)、 水 熱合成法(Hydrothermal Synthesis)、 氧化還原法(Reduction-Oxidation reaction)、沉澱法(Precipitation Method)、溶膠凝膠法(Sol-Gel Method)。
自組裝是藉著特定的物理、化學特性，讓各個成分能夠自己排列成固定 結構，或自己排列到特定位置之技術。
圖1-2- 1 Top down 以及 Bottom up
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1-3 金屬奈米材料的特性
金屬奈米材料具有與金屬塊材顯著的光學性質差異，當入射光打在金屬奈 米材料表面時，光的電磁場與金屬奈米粒子表面的自由電子相互作用，引起集 體的相干振盪，稱為局部表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)。光的電磁場與奈米粒子的自由電子相互作用，導致自由電子與離子金 nm 的縱向模式(Longitudinal mode) 。不同的形狀也會影響電磁場在金屬奈米粒 子表面的分布，因為LSPR 及奈米粒子間的耦合，強電磁場區域容易出現在金 屬奈米粒子的邊、角及針尖等區域，稱之為熱點(Hot spots) ，對於金屬奈米材 料的應用方面，如光催化5-13、訊號增強14-16有顯著的提升效果。
圖1-3- 1 光的電磁場與金屬奈米粒子作用產生表面電漿共振4
5 拉曼散射(Surface Enhance Raman Scattering, SERS)14, 15以及金屬增強螢光 (Metal-Enhanced Fluorescence, MEF)16等。
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圖1-4- 2 表面增強拉曼散射機制
3. 醫藥治療
許多奈米材料在近紅外光波段都有明顯的吸收峰，透過局部注射後，照射近 紅外光，將其轉換為熱能，能殺死腫瘤細胞，具有光熱治療的潛力17。又如 金奈米材料、氧化鎢奈米線等皆可透過光熱成像(Photothermal Imaging)18、 光聲成像(Photoacoustic Imaging)19形成表徵，應用於臨床顯影技術上。
圖1-4- 3 光熱治療機制17
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