纳米

定义

纳米是长度单位，符号为 nm，数值上等于 1 米的一十亿分之一，即 10⁻⁹ m^[1]。它由国际单位制词头「纳」（nano，符号 n）与基本单位米（m）组合而成，属于米的十进制分数单位^[5]。中文文献中也曾把纳米写作「毫微米」或译作「奈米」^[3]。

把纳米换成更小的单位，1 纳米等于 1000 皮米，也等于 10 埃（1 Å = 0.1 nm）；反过来，1 微米等于 1000 纳米，1 毫米等于 100 万纳米^[6][7]。埃并非国际单位制单位，但在原子尺度描述中常与纳米并用^[6]。

就直观比较而言，若干常见说法可帮助理解这一量级：有资料把它与数个到几十个原子并排的长度相比拟，也有资料以头发直径等分成数万份来说明其细微程度^[2][4]。不同资料给出的原子数、头发剖分数值并不统一，只能作为数量级上的示意。

作为计量单位，纳米本身只是一个尺度刻度，并不指某种材料或技术；只有当研究对象的结构尺寸落在纳米量级，才涉及纳米材料与纳米技术的相关范畴^[4]。

发展历程

纳米作为单位名称，源自国际单位制词头的确立。1960 年，第 11 届国际计量大会通过第 12 号决议，正式确立以「米」等基本单位为基础的国际单位制，并在同一决议中列出一批十进制词头，其中包括表示 10⁻⁹ 的 nano（符号 n）^[8]。该词头与「米」结合后构成纳米这一长度单位^[5]。

nano 一词出自希腊语，原意为「侏儒」；同一批词头中，表示 10⁹ 的 giga 原意为「巨人」，两者形成对照^[1][9]。此后纳米作为 SI 词头的组成部分被沿用，并随着微观测量与材料研究的展开逐步成为常用单位^[5]。

应用

在材料与物理化学研究中，纳米用于标注颗粒、薄膜、孔径、晶粒等结构的尺寸。文献中通常把尺寸在 100 纳米以下的微小结构称作纳米结构，把 1 至 100 纳米范围内的微粒称为超微粒材料^[10]。纳米尺度是研究这类材料性质与应用的共同尺寸基础^[4]。

在半导体行业，纳米被用来命名集成电路的工艺代际，如 10 纳米、7 纳米、5 纳米等节点^[11]。按早期国际半导体技术路线图（ITRS）的用法，节点数值与器件中最小金属层线条的半节距或栅极线宽相关^[11][12]。由于命名方法多次调整，如今的节点数字很大程度上反映工艺代际与晶体管密度的提升，而不是某一结构的实际尺寸^[13]。

在生物、医学与环境等领域，纳米用于描述病毒、蛋白质复合物、细颗粒物等对象的尺寸，也用于度量药品与传感器的结构特征^[7]。凡涉及原子、分子尺度的长度标注，纳米都是通用刻度之一^[3]。

局限

纳米作为单位本身没有精度上的特殊问题，但以纳米描述的对象往往难以直接观测。普通光学显微镜受衍射限制，无法分辨纳米量级的结构，因而这一尺度上的形貌与尺寸测量需要借助其他手段^[10]。

纳米尺度处在原子尺寸与宏观物体的过渡地带。相邻资料对「纳米长度相当于几个原子」的估计并不一致，有的给出 3 个原子，有的给出 4 至 5 个原子，还有的给出数十个原子，说明这类换算只在数量级上有效，不能当作精确折算关系^[14][2][10]。

此外，纳米并无独立的量纲，它只是米的一个分数单位；凡以纳米表述的数值，都只有在说明所量的是何尺寸（长度、厚度、线宽或粒径）时才具有确切意义^[1]。在半导体领域，把工艺节点名称当作物理尺寸来读，也会产生误解^[13]。

参见

• 米 —— 国际单位制的基本长度单位，纳米是它的十亿分之一

• 微米 —— 比纳米大 1000 倍的长度单位，两者常配合使用

• 埃 —— 等于 0.1 纳米的长度单位，多用于原子尺度描述

• 国际单位制 —— 规定词头与单位组合规则的计量体系

• 纳米技术 —— 在 1 至 100 纳米尺度上研究并利用材料特性的技术