纳米化学是化学和纳米科学的交叉学科。纳米化学与根据尺寸、表面、形状和缺陷特性而合成的构件有关。通过进行纳米尺度上的几种化学修饰，科学家们证实了纳米化学材料具有尺寸依赖性[a]。纳米化学在化学、材料、物理、科学、工程、生物和医学等领域均有广泛的应用。纳米化学和其他纳米科学领域的核心概念相同，但这些概念的用法不同。纳米化学可以由尺寸、形状、自组装、缺陷和生物纳米等概念来描述，任何新的纳米结构的合成都与这些概念有关。纳米结构的合成取决于表面、尺寸和形状将如何引导构件自组装成功能结构。它们可能存在功能缺陷，也可能在电学、光学、医学或生物分析等问题上有用。合成碳纳米材料，如碳纳米管（CNT）、石墨烯和富勒烯等，就是一个很好的例子。这些材料因其优异的机械性能和电性能近年来备受关注。二氧化硅、金、聚二甲基硅氧烷、硒化镉、氧化铁和碳等材料都显示了纳米化学的转化能力。纳米化学可以将氧化铁（铁锈[b]）制成核磁共振最有效的造影剂，它具有检测癌症的能力，甚至可以将癌症扼杀在萌芽阶段。二氧化硅（玻璃）可以用来弯曲或阻挡光线。发展中国家也用硅胶做流体回路，以达到发达国家的病原体检测能力。碳已经以不同的形状和形式得到了应用，它将成为电子材料中较好的选择。总的来说，纳米化学与化合物的原子结构无关。相反，它涉及的是将材料转化为解决问题的不同方法。化学主要处理元素周期表中原子的自由度（英语：Degrees of freedom (physics and chemistry)），但是纳米化学带来了控制材料行为的其他自由度。

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