图1. 这篇综述的概要示意图。第一部分将简要介绍“什么是纳米离子学”，然后介绍三种主要的纳米离子学系统:生物纳米电子学、人工纳米电子学和混合纳米电子学。在最后一部分，我们试图回答“为什么纳米离子学”的问题，并给出纳米离子学的前景与展望。

图2. 纳米离子学的概念。a)纳米离子学是研究离子在限域空间中的输运。纳米离子学的应用主要是将化学能或信息转化为电能或信息(或反之)。b)粒子与表面(均带负电荷)的相互作用势:范德华力与静电力均与表面与粒子之间的距离成反比。纳米粒子被范德华力(蓝线)吸引到表面，但被静电力排斥(红线)，这里显示的是总电势的最小值(绿线)。

图3. 生物纳米离子学的典型例子。离子深入参与各种生命过程，包括细胞渗透压维持、电鳗发电、细菌视紫红质太阳能收集、动作电位产生等能量和信息系统。在所有这些过程中，离子通过生物纳米孔的可控转运被认为是最基本的步骤。

图4. 固体纳米离子学的概念及其在能量和信息过程中的应用。a)离子激发可以用(部分自由)能级图表示，这通常用于电子激发。b)涉及到固体离子导体边界的四种原型情况(以Ag⁺导体为例):接触到吸附Ag⁺的绝缘相;晶界;与酸碱相接触的活性气相;接触到另一个Ag⁺导体。c)原子亲密化固-固界面，改善固体电解质电池中的离子转运。d)离子忆阻器在固态材料中的离子传输。

图5. 液体纳米离子系统中离子相互作用的尺度。在直径大于100 nm的体系中，离子表现出大体积自由扩散特性。在2 ~ 100 nm范围内，双电层控制离子输运。当尺寸减小到2nm以下时，显示出一些反常离子输运(量子效应)性质。图中最上方的离子相互作用的尺度；右下角牛顿的摇篮模型。

图6. 2 - 100 nm及以下离子输运特性的典型例子。a)在2-100 nm范围内，离子可在特定的方向上运输，表现出离子门控、离子精馏和离子泵的特性。b)在2 nm以下尺度下，证实了一些类量子力学特征，如离子库仑堵塞、离子二极管、离子晶体管。c) 液体纳米离子学的基本性质及其在能源和信息处理器中的应用。

图7. 神经网络和生物仿生(生物人工)混合纳米离子的生物动作电位生成示意图。在生物系统中，突触动作电位的产生源于神经递质触发的离子转运。在混合纳米离子系统中，人工纳米离子系统的外部输入信号可以写成突触后的动作电位，也可以用人工纳米离子设备读取突触前的动作电位。

图8. 混合纳米离子学的例子。a)通过离子选择性膜将人工信号转化为生物信号。b)生物动作电位通过离子晶体管转化为人工信号。

图9. 光驱动离子泵与生物分子马达相结合的混合纳米离子能量系统示意图。

图10. 与电子相比，离子在设计能量和信息器件方面具有许多独特的优势，如不同的价电子、不同的尺寸和不同的极化率。这些特征使得所有由电子构成的能量和信息处理器都可以由离子重新定义。