納米材料是指三維空間規格中起碼有一維處于納米數目級(1~100nm)，或由納米結構單元組成的具有特殊性質的材料，被譽為“21世紀最重要的戰略性高技術材料之一”。因為結構上的特殊性和處于熱力學上極不穩定的狀態，納米材料具有小規格效應、表面效應、量子規格效應和宏觀量子隧洞效應等特殊性能，以及傳統材料不具備的眾多數學物理性能，如高物理活性、強吸附性、特殊催化性、特殊光學性能、特殊電磁性能、儲氫性能等，因此被廣泛應用于醫學、制造業、材料、通信、生物、環境、能源、食品等領域。
表征與測試技術是科學鑒定納米材料、認識其多元化結構、評價其特殊性能的根本途徑。納米材料的表征主要目的是確定納米材料的一些數學物理特點如形貌、尺寸、粒徑、化學組成、晶型結構、禁帶長度和吸光特點等。
納米材料的表征可以分為以下幾個部份：
（1）形貌表征：TEM光譜表征，SEM，AFM；
（2）成分剖析：AAS，ICP-AES，XPS，EDS；
（3）結構表征：XRD，ED，FT-IR，Raman，DLS；
（4）性質表征-光、電、磁、熱、力等：UV-Vis，PL，。
下邊介紹一些常用的測試手段。
1掃描電子顯微鏡(SEM)
SEM主要是借助二次電子訊號成像來觀察樣品的表面形態，即用極窄小的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的互相作用形成各類效應，其中主要是樣品的二次電子發射。二次電子才能形成樣品表面放大的形貌像，這個像是在樣品被掃描時按時序構建上去的，即使用逐點成像的方式獲得放大像。
SEM可以獲取被測樣品本身的各類化學、化學性質的信息，如形貌、組成、晶體結構和電子結構等等。SEM也是一種對納米材料形貌、粒徑和規格進行表征的常規儀器，通常納米材料的文獻中還會用到。據悉，SEM通常會裝配EDS，用于剖析材料的元素成份及所占百分比。
2透射電子顯微鏡(TEM)
TEM是把經加速和集聚的電子束投射到特別薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，因而形成立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因而可以產生疏密不同的影像。TEM碼率為0.1～0.2nm，放大倍數為幾萬～百萬倍，用于觀察超微結構，即大于0.2微米、光學顯微鏡下未能認清的結構。TEM是一種對納米材料形貌、粒徑和規格進行表征的常規儀器，通常納米材料的文獻中還會用到。
通常情況下，TEM都會裝配High-TEM（高幀率透射電子顯微鏡）、EDX（能量彌散X射線譜）和SAED（選區電子衍射）。High-TEM用于觀察納米材料的晶面參數，推測出納米材料的晶型；EDX通常用于剖析樣品上面富含的元素，以及元素所占的百分比；SAED用于實現晶體樣品的形貌特點與晶體學性質的原位剖析。
3原子力顯微鏡(AFM)
原子力顯微鏡是一種可拿來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的剖析儀器。它通過測量待測樣品表面和一個微型力敏感器件之間的極微弱的原子間互相斥力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其互相作用，斥力將促使微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，借助傳感測量這種變化，就可獲得斥力分布信息，進而以納米級幀率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。
AFM的優點是在大氣條件下，以高倍率觀察樣品表面，可用于幾乎所有樣品（對表面潔白度有一定要求），而不須要進行其他制樣處理，就可以得到樣品表面的三維形貌圖像。
4X射線衍射(XRD)
XRD是通過對材料進行X射線衍射，剖析其衍射圖譜，獲得材料的成份、材料的晶型結構、材料內部原子或分子的結構或形態等信息的研究手段。基本上對于納米材料的文獻就會用到。
5X射線光電子能譜剖析(XPS)
XPS可以拿來檢測：元素的定性剖析，可以按照能譜圖中出現的特點譜線的位置鑒別除H、He以外的所有元素；元素的定量剖析，依據能譜圖中光電子譜線硬度（光電子峰的面積）反應原子的濃度或相對含量；固體表面剖析，包括表面的物理組成或元素組成，原子價態，表面能態分布，測定表面電子的電子云分布和基態結構等；化合物的結構，可以對外層電子結合能的物理位移精確檢測光譜表征，提供物理鍵和電荷分布方面的信息。
6紅外波譜(FT-IR)
在有機物分子中，組成物理鍵或雙鍵的原子處于不斷震動的狀態，其震動頻度與紅外光的震動頻度相當。所以，用紅外光照射有機物分午時，分子中的物理鍵或雙鍵可發生振動吸收，不同的物理鍵或氫鍵吸收頻度不同，在紅外波譜中將處于不同位置，因而可獲得分子中富含何種物理鍵或雙鍵的信息。通常材料中富含機物的納米材料會用到FTIR剖析（如石墨烯）。
7拉曼波譜(Raman)
拉曼波譜（Raman），是一種散射波譜。拉曼波譜剖析法是基于美國科學家C.V.拉曼（Raman）所發覺的拉曼散射效應，對與入射光頻度不同的散射波譜進行剖析以得到分子震動、轉動方面信息，并應用于分子結構研究的一種剖析技巧。通過對拉曼波譜的剖析可以曉得物質的震動轉動基態情況，因而可以分辨物質，剖析物質的性質等。
8光致發光(PL)
光致發光是指物體依賴外界光源進行照射，因而獲得能量，形成迸發造成發光的現象，它大致經過吸收、能量傳遞及光發射三個主要階段，光的吸收及發射都發生于基態之間的躍遷，都經過迸發態。而能量傳遞則是因為迸發態的運動。紫外幅射、可見光及紅外幅射均可導致光致發光。光致發光可按延后時間分為螢光（）和磷光。
PL是光致發光的簡寫，主要可以拿來恐怕納米材料的電荷分離效率，實驗之前要先確定材料的迸發波長。通常情況下，弱的螢光硬度表示更高的電荷分離效率，所以催化療效也會相應的提升。
9動態光散射(DLS)
DLS技術檢測粒子粒徑，具有確切、快速、可重復性好等優點，早已成為納米科技中比較常規的一種表征方式。隨著儀器的更新和數據處理技術的發展，如今的動態光散射儀器除了具備檢測粒徑的功能，還具有檢測Zeta電位、大分子的分子量等的能力。
10電感耦合等離子體原子發射波譜法(ICP-AES)和原子吸收分光光度計(AAS)
ICP-AES主要拿來測定巖石、礦物、金屬等樣品中數十種元素的濃度。AAS可以拿來測定樣品中的元素濃度。所以這兩個儀器通常用于對于納米材料的參雜量的計算。
參考文獻
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