纳米材料是指三维空间规格中起码有一维处于纳米数目级(1~100nm)，或由纳米结构单元组成的具有特殊性质的材料，被誉为“21世纪最重要的战略性高技术材料之一”。因为结构上的特殊性和处于热力学上极不稳定的状态，纳米材料具有小规格效应、表面效应、量子规格效应和宏观量子隧洞效应等特殊性能，以及传统材料不具备的众多数学物理性能，如高物理活性、强吸附性、特殊催化性、特殊光学性能、特殊电磁性能、储氢性能等，因此被广泛应用于医学、制造业、材料、通信、生物、环境、能源、食品等领域。
表征与测试技术是科学鉴定纳米材料、认识其多元化结构、评价其特殊性能的根本途径。纳米材料的表征主要目的是确定纳米材料的一些数学物理特点如形貌、尺寸、粒径、化学组成、晶型结构、禁带长度和吸光特点等。
纳米材料的表征可以分为以下几个部份：
（1）形貌表征：TEM光谱表征，SEM，AFM；
（2）成分剖析：AAS，ICP-AES，XPS，EDS；
（3）结构表征：XRD，ED，FT-IR，Raman，DLS；
（4）性质表征-光、电、磁、热、力等：UV-Vis，PL，。
下边介绍一些常用的测试手段。
1扫描电子显微镜(SEM)
SEM主要是借助二次电子讯号成像来观察样品的表面形态，即用极窄小的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的互相作用形成各类效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子才能形成样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序构建上去的，即使用逐点成像的方式获得放大像。
SEM可以获取被测样品本身的各类化学、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构和电子结构等等。SEM也是一种对纳米材料形貌、粒径和规格进行表征的常规仪器，通常纳米材料的文献中还会用到。据悉，SEM通常会装配EDS，用于剖析材料的元素成份及所占百分比。
2透射电子显微镜(TEM)
TEM是把经加速和集聚的电子束投射到特别薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，因而形成立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因而可以产生疏密不同的影像。TEM码率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即大于0.2微米、光学显微镜下未能认清的结构。TEM是一种对纳米材料形貌、粒径和规格进行表征的常规仪器，通常纳米材料的文献中还会用到。
通常情况下，TEM都会装配High-TEM（高帧率透射电子显微镜）、EDX（能量弥散X射线谱）和SAED（选区电子衍射）。High-TEM用于观察纳米材料的晶面参数，推测出纳米材料的晶型；EDX通常用于剖析样品上面富含的元素，以及元素所占的百分比；SAED用于实现晶体样品的形貌特点与晶体学性质的原位剖析。
3原子力显微镜(AFM)
原子力显微镜是一种可拿来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的剖析仪器。它通过测量待测样品表面和一个微型力敏感器件之间的极微弱的原子间互相斥力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其互相作用，斥力将促使微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，借助传感测量这种变化，就可获得斥力分布信息，进而以纳米级帧率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。
AFM的优点是在大气条件下，以高倍率观察样品表面，可用于几乎所有样品（对表面洁白度有一定要求），而不须要进行其他制样处理，就可以得到样品表面的三维形貌图像。
4X射线衍射(XRD)
XRD是通过对材料进行X射线衍射，剖析其衍射图谱，获得材料的成份、材料的晶型结构、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。基本上对于纳米材料的文献就会用到。
5X射线光电子能谱剖析(XPS)
XPS可以拿来检测：元素的定性剖析，可以按照能谱图中出现的特点谱线的位置鉴别除H、He以外的所有元素；元素的定量剖析，依据能谱图中光电子谱线硬度（光电子峰的面积）反应原子的浓度或相对含量；固体表面剖析，包括表面的物理组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和基态结构等；化合物的结构，可以对外层电子结合能的物理位移精确检测光谱表征，提供物理键和电荷分布方面的信息。
6红外波谱(FT-IR)
在有机物分子中，组成物理键或双键的原子处于不断震动的状态，其震动频度与红外光的震动频度相当。所以，用红外光照射有机物分午时，分子中的物理键或双键可发生振动吸收，不同的物理键或氢键吸收频度不同，在红外波谱中将处于不同位置，因而可获得分子中富含何种物理键或双键的信息。通常材料中富含机物的纳米材料会用到FTIR剖析（如石墨烯）。
7拉曼波谱(Raman)
拉曼波谱（Raman），是一种散射波谱。拉曼波谱剖析法是基于美国科学家C.V.拉曼（Raman）所发觉的拉曼散射效应，对与入射光频度不同的散射波谱进行剖析以得到分子震动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种剖析技巧。通过对拉曼波谱的剖析可以晓得物质的震动转动基态情况，因而可以分辨物质，剖析物质的性质等。
8光致发光(PL)
光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，因而获得能量，形成迸发造成发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于基态之间的跃迁，都经过迸发态。而能量传递则是因为迸发态的运动。紫外幅射、可见光及红外幅射均可导致光致发光。光致发光可按延后时间分为萤光（）和磷光。
PL是光致发光的简写，主要可以拿来恐怕纳米材料的电荷分离效率，实验之前要先确定材料的迸发波长。通常情况下，弱的萤光硬度表示更高的电荷分离效率，所以催化疗效也会相应的提升。
9动态光散射(DLS)
DLS技术检测粒子粒径，具有确切、快速、可重复性好等优点，早已成为纳米科技中比较常规的一种表征方式。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，如今的动态光散射仪器除了具备检测粒径的功能，还具有检测Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
10电感耦合等离子体原子发射波谱法(ICP-AES)和原子吸收分光光度计(AAS)
ICP-AES主要拿来测定岩石、矿物、金属等样品中数十种元素的浓度。AAS可以拿来测定样品中的元素浓度。所以这两个仪器通常用于对于纳米材料的参杂量的计算。
参考文献
[1]谭和平,侯晓妮,孙登峰,等.纳米材料的表征与测试方式[J].中国测试,2013,39(1):8-12.
[2]阎峻.纳米材料的表征[J].材料导报,2001,15(04):53-55.
[3]朱永法.纳米材料的表征与测试技术[M].物理工业出版社,2006.
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