碳纳米管(CNTs)
CNTs的制备和应用研究
CNTs的制备和应用研究碳纳米管（CNTs）是一种新型的纳米材料，其具有高强度、高导电性、高导热性、高比表面积等特点，因此在诸多领域具有广泛的应用前景。
本文将简要介绍CNTs的制备及其在材料学、电子学、化学和生物学等方面的应用研究。
一、CNTs的制备方法碳纳米管有两种基本的制备方法：化学气相沉积法和电弧放电法。
其中，化学气相沉积法是目前制备CNTs较为常用的方法之一，其基本原理是将碳源气体和载气体一起通过加热后的石英管，在催化剂的作用下，沉积出CNTs。
此外，CNTs的制备方法还包括溶胶-凝胶法、电子束辐照法、等离子共振化学气相沉积法等多种方法。
这些方法各有优缺点，可根据具体应用要求选择适当的制备方法。
二、CNTs的应用研究1. 材料学领域CNTs具有极高的力学强度和较高的导热性能，是一种优秀的增强材料，广泛应用于材料学领域中的复合材料、聚合物、金属基等材料的增强。
其在材料学领域的应用还包括制备高性能电极材料、高强度轻量化材料等。
2. 电子学领域由于CNTs的优秀导电性能，其在电子学领域占据着重要地位。
CNTs可制备成电子场发射器件、场效应晶体管、导电薄膜等各种电子器件，具有较高的应用潜力。
此外，CNTs还可作为电子材料衬底，对于薄膜的生长有重要的作用。
3. 化学领域CNTs在化学领域具有广泛的应用。
用CNTs制备的复合材料可作为催化剂、电催化剂、光催化剂等应用于化学反应中。
此外，CNTs还可用于吸附、检测等领域中。
4. 生物学领域由于CNTs具有纳米级空间、微米级长度的特点，可以用于生物学领域中的细胞培养、细胞成像和药物输送等应用。
CNTs的药物载体应用在肿瘤治疗上显示出非常明显的疗效，并且有望在生物学领域中实现放射性药物的靶向输送。
三、展望随着纳米技术的快速发展，CNTs的制备和应用研究也愈发活跃。
未来，CNTs有望在微纳电子、生物医学、环境保护等领域中得到更广泛和深入的应用。
同时，CNTs的研究也将面临更多具有挑战性的问题，例如针对CNTs的合适药物包装，以及新的纳米级质量控制技术等。
碳纳米管复合材料
碳纳米管复合材料
碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状结构材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于复合材料领域。
碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料复合而成的新型材料，具有轻质、高强度、高导电性、高导热性等优异特性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
首先，碳纳米管复合材料在航空航天领域具有重要应用。
由于碳纳米管本身具有极高的强度和刚度，将其与航空用树脂复合，可以显著提高航空器的强度和耐久性。
同时，碳纳米管复合材料的导电性和导热性也使其成为航空器的理想材料，可以用于制造飞机的航空电子设备外壳和导热结构件。
其次，碳纳米管复合材料在汽车制造领域也有着重要的应用前景。
汽车是碳纳米管复合材料的重要应用领域之一，由于碳纳米管具有轻质高强度的特性，可以显著降低汽车的整体重量，提高汽车的燃油经济性和性能。
同时，碳纳米管复合材料的高导电性也可以应用于汽车的电子设备和充电设备的制造，提高汽车的智能化水平。
此外，碳纳米管复合材料在电子设备领域也有着广泛的应用。
由于碳纳米管具有优异的导电性和导热性，可以用于制造高性能的电子元件，如场效应管、薄膜晶体管等。
同时，碳纳米管复合材料还可以用于制造柔性电子设备，如可穿戴设备、柔性显示屏等，为电子设备的发展带来新的可能性。
总的来说，碳纳米管复合材料以其独特的优异性能，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，相信碳纳米管复合材料将会在更多领域展现出其巨大的潜力，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
CNTs-碳纳米管简介
简介
碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs) 于1991年由NEC(日本电气)筑波研 究所的饭岛澄男(Sumio Iijima)首次 以论文的形式报道出来的
文献一
单壁碳纳米管的首次介绍
文献二
图示
图片来源：刘剑洪，吴双泉，碳纳 米管结构及其应用，深圳大学理工 学报，2013
分析
1 、 碳纳米管可看成是由石墨片层绕管轴 （ tube axis ）卷曲而成 , 不同的卷曲方式所 得的结构不同，其性质也会不同。 2 、卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网 格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺 旋角。 3 、螺旋角不同代表其旋转程度的不同，一 个纳米管的旋转由管轴和螺旋角两者决定。 4 、碳纳米管的封口通常有曲面、多边形或 锥型面所完成。（一般为五边形与七边形的 组合）
图9 展开的碳纳米管
分析
1、作者不认为是蛋卷型结构，理由如下： 如果是这种蛋卷结构，那么这种细管会有覆盖边缘存在（edge overlaps on their surfaces），但实验中并没有观察到）。 2、在不同的管形貌观察中，作者提出了一个纳米管生长的模型，即：每个纳米 管在根部开始各自独立的螺旋生长，但其具体的生长机理是未知的，但可肯定的 是它与传统的螺旋位错是不一样的，因为它有圆柱状的点阵。 3、目前也还无法得到具有清晰横截面的多壁碳纳米管试样。
分析
图9 通过电子显微镜看到的图像 （图中黑色为Fe3C等杂质） 由图可知纳米管通常聚集一起呈捆状（由于范德华力的作用），但孤立、单独的 纳米管同样存在。
分析
图10 纳米管直径大小统计
1 、在电子显微镜下挑选了 60 根纳米管，对他们的直径进行了了统计，发现在 0.8nm和1.05nm周围的数量较多； 2、右图对一根直径为1.37nm的纳米管进行电子衍射。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和热导率，因此在材料科学、纳米技术、能源存储等领域有着重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
2. 弧放电法（Arc Discharge）。
弧放电法是一种较为简单的碳纳米管制备方法，通过在高温下将碳源（如石墨）和金属催化剂（如铁、钴、镍等）放电，产生高温等离子体，从而在合成碳纳米管。
弧放电法制备的碳纳米管质量较高，但是产率较低，且需要严格控制反应条件。
3. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
4. 气相凝结法（Gas-phase Condensation）。
气相凝结法是一种通过在高温下将碳源气体（如甲烷、乙烯等）在惰性气体氛围中加热，然后通过快速冷却的方法制备碳纳米管。
在气相凝结法中，碳原子在高温下先形成团簇，然后在快速冷却的条件下形成碳纳米管。
这种方法制备的碳纳米管产率较高，但是质量相对较低。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）。
碳纳米管长径比
碳纳米管长径比碳纳米管（CNTs）是由碳原子组成的纳米管，具有独特的力学、电学、热学和光学性质。
尽管CNTs已经被研究了几十年，但由于其复杂的结构和性质，CNTs仍然是纳米科学和纳米技术研究的热门领域之一。
CNTs的长径比是指其长度与直径之比。
长径比是CNTs最重要的参数之一，它对CNTs 的力学、电学、热学和光学性质产生了很大的影响。
因此，长径比已成为CNTs设计和制备的重要参考指标之一。
CNTs的长径比范围很大，可以从几十到几百万不等。
长CNTs通常具有较小的直径和较大的长度，而短CNTs则通常具有较大的直径和较小的长度。
对CNTs进行力学和电学性质研究时，长CNTs通常比短CNTs更具优势。
这是因为长CNTs可以在试验过程中承受更高的负荷，并产生更高的仪器灵敏度。
另外，长CNTs的电导率更高，这是因为它们具有更少的电极接触阻力和更高的载流子迁移率。
因此，在制备CNTs体系中，通过控制长CNTs与短CNTs的比例，可以优化CNTs的力学和电学性质。
对CNTs的热学性质进行研究时，长CNTs也具有一些优势。
由于长CNTs的热传导性能更好，因此可以更好地掌握CNTs的热导率和温度扩散行为。
此外，长CNTs的热膨胀系数更小，因此更适合制备高精度纳米机械和纳米电子器件。
在CNTs的光学性质研究中，长CNTs同样也有一定的优势。
由于长CNTs具有更大的极化率，因此可以更好地捕获和放射电磁波。
而且，长CNTs的发光性能也更稳定，这使得它们可以被广泛应用于照明和显示器件中。
除了以上提到的优势之外，还有一些其他因素也会影响CNTs的长径比选择。
例如，制备成本、CNTs的细节结构和制备方法对CNTs的长径比选择也有很大的影响。
因此，在设计和选择CNTs时，需要综合考虑以上因素。
总之，长径比是CYPEX中CNTs设计和制备的重要参考指标之一。
因为它影响CNTs的性质和性能。
正确选择长径比，将有助于优化CNTs的属性，从而使CNTs被广泛应用于各种应用领域。
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种有机碳材料，具有
独特的力学性质，具有良好的抗化学腐蚀能力，良好的电磁屏蔽性能，高强度和高导电性等优点。
经过修饰，可以改变它的化学结构，获得
更高的特性，使其能够更好地应用于各种不同领域。
碳纳米管的修饰主要有两种方法：化学修饰和物理修饰。
化学修饰是通过对碳纳米管表面进行化学反应来实现修饰。
例如，氯化钙可以用来修饰碳纳米管表面，以改善它的热稳定性和力学性能。
因此，通过化学反应可以改变碳纳米管的表面结构，以适应不同的应
用环境。
物理修饰是通过非化学方式对碳纳米管表面进行修饰，以改善其
电学性能和表面结构。
例如，利用激光和电子束的热效应可以对碳纳
米管表面进行处理，以改善其表面性能。
此外，也可以通过外加压力、表面氧化或电子束束来修饰碳纳米管，以改进其电子结构。
碳纳米管的修饰可以改善它的表面性能，使其能够更好地应用于
各种不同领域，如工业粉体材料、电子器件和功能材料等。
碳纳米管
的修饰是一个复杂的过程，需要综合考虑化学、物理和力学等因素，
以确保修饰后碳纳米管表面具有合理的性能。
碳纳米管
e) Picture of a CNT and a polymeric sponge placed in a water bath. The CNT sponge is floating on the top while the polyurethane sponge absorbed water and sank to below the surface level. f) A CNT sponge bent to arch-shape at a large-angle by finger tips. g) A 5.5cm1 cm0.18cm sponge twisted by three round turns at the ends without breaking. h) Densification of two cubic-shaped sponges into small pellets (a flat carpet and a spherical particle, respectively) and full recovery to original structure upon ethanol absorption.
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
碳纳米管和碳纳米泡沫
碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）和碳纳米泡沫（Carbon Nanofibers，简称CNFs）都是碳纳米材料，具有独特的结构和性质。
### 碳纳米管（CNTs）：
1. **结构：** 碳纳米管是由一个或多个层次的碳原子以六角形排列而成的管状结构。
可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。
2. **性质：** 具有优异的导电性、导热性和机械强度。
由于其纳米尺寸和高比表面积，被广泛用于电子器件、材料强化、储能材料等领域。
3. **应用：** 用于制备强度高、重量轻的复合材料、导电薄膜、传感器等，还在纳米医学、储能领域有着广泛的应用。
### 碳纳米泡沫（CNFs）：
1. **结构：** 碳纳米泡沫是由交错排列的纳米纤维构成的三维网状结构。
这些纳米纤维之间形成了孔隙结构，使得整体呈泡沫状。
2. **性质：** 具有低密度、高表面积、良好的导电性和导热性。
由于其独特结构，碳纳米泡沫在吸附、储能等方面表现出色。
3. **应用：** 在储能材料、吸附材料、催化剂支撑体等方面有着潜在的应用，还可以用于制备轻质结构材料。
总的来说，碳纳米管和碳纳米泡沫都是引人注目的纳米材料，具有许多独特的物理和化学性质，因此在多个领域都有着广泛的研究和应用前景。
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碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”赵婧 李坤桦 宋杨 刘涛北京大学化学与分子工程学院 一个崭新的碳纳米管世界提供给人类的将是不同于任何以往经验的东 西，它不仅会给人类生活带来一场革命，还会使我们再一次地感受到：科学与 技术正以日新月异的速度发展着，远没有终结的时候 ……摘要 Abstract:1991 年日本 NEC 公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空碳纤 维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管” 。
从此便引发了碳纳米管研究的热潮和近十几年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。
本文主要 分为三部分： 1． 对纳米材料及碳纳米管的相关知识进行介绍 2． 于应用层次，讨论纳米材料及碳纳米管的应用前景 3． 客观比较各国研究现状，并预测纳米科技面临的机遇与挑战（见附文）关键字 Keywords： 纳米材料概述碳纳米管热点及应用现状与发展引言：生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。
生 物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界 不存在的生物； 信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事， 因特网几乎可以改变人们 的生活方式。
而纳米科学技术作为二十一世纪的主导产业， 又将给人们带来怎样天翻地覆的 改变呢？……理论知识： 1.纳米材料概述： 纳米材料:指晶粒尺寸为纳米级(10-9 米)的超细材料。
从材料的结构单元层次来说， 它处于宏观物质和微观原子、分子之间的介观领域。
在纳米材料中，界面原子占极大比例，而 且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一 种新的结构状态。
纳米科学技术：研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9 米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问； 同时在这一尺度范围内对原子、 分子进行操纵和加工又 被称为纳米技术。
第 -1- 页 共 - 11 - 页碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文2 .纳米材料的特性:科学技术常常会有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝——裂缝的一边是以原子、 分子为主体的微观世界， 另一岸是人类活动的宏观世界。
两个世界之间不是直接而简单的联 结，存在一个过渡区域—a 奇特的景象： splendid world of nano ,而这个“年轻的”世界，有一番图 1.纳米级物质的奇特性质a .纳米材料的表面效应:纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧 增大后所引起的性质上的变化。
如下图表所示：图 2.第 -2- 页 共 - 11 - 页碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文表 1.纳米微粒尺寸与表面原子数的关系纳米微粒尺寸d/nm包含总原子数表面原子所占比例 %103*1042044*1034022．5*1028013099b .纳米材料的体积效应：体积效应中的典型例子是久保理论。
其是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分 布而提出的。
该理论把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电 子态， 并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级， 并认为相邻电子能级间距δ和金 3 属纳米粒子的直径 d 的关系为:δ=4EF/3N ∞ V-1 ∞ 1/d （其中 N 为一个金属纳米粒子的 总导电电子数，V 为纳米粒子的体积；EF 为费米能级） 随着纳米粒子的直径减小，能级间 。
隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。
c .纳米材料的量子尺寸效应：当纳米粒子的尺寸下降到某一值时， 金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能 级； 并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨 道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。
在纳米粒子中处于分立的 量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质， 如高的光学非线性， 特异 的催化和光催化性质等。
当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度 或与磁场穿透深度相当或更小时， 晶体周期性边界条件将被破坏， 非晶态纳米微粒的颗粒表 面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。
3．纳米材料的分类：a.按结构： 零维纳米材料：量子点纳米粒子 一维纳米材料：如纳米线(量子线)、纳米管 二维纳米材料：薄层 纳米孔材料：如介孔分子筛 b.按组成： 金属纳米材料 半导体纳米材料 有机和高分子纳米材料 复合纳米材料……4．碳纳米管概述：碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)是 1991 年才被发现的一种碳结构,它是石墨中一层 或若干层碳原子卷曲而成的笼状"纤维"，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。
理想碳第 -3- 页 共 - 11 - 页碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、 中空的管体， 这样的材料很轻， 但很结实。
它的密度是钢的 1/6，而强度却是钢的 100 倍。
5．碳纳米管历史与发展：人们公认的观点认为， 纳米科学技术思想的来源是理查德·费曼， 他被看作爱因斯坦之 后最杰出的量子物理学家， 1959 年的美国物理学年会上发表的一篇演讲： 在 《底部有很大空 间》 1991 年， 。
理论上预计了碳纳米管具有许多的奇特电学性能， 几乎同时 NEC 公司 S Iijima 在高分辨电子显微镜下观察采用电弧法制备的富勒烯中发现了一种管状结构， 经过研究表明 它们是同轴多层富勒管，被称为多壁碳纳米管，随后 NEC 公司的 TW Ebbesen 和 PM Ajayan 找到大量制备多壁碳纳米管（MWNT）方法。
1993 年 S. Iijima 和 IBM 公司的研究小组同时 报道观察到了单壁碳纳米管（SWNTs） 。
在 SWNTs 的物理性质的研究开始于 1995 年，Rice 大 学的 Richard Smalley 研究小组发现激光蒸发方法可以得到极高产率的 SWNTs。
此后，法国 Montpellier 大学的 Bernier 研究小组采用电弧法也可以得到高产率的 SWNTs。
1998 年，中 国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法也得到较高产率的 SWNTs。
6．碳纳米管的制法： a.综述：碳纳米管主要制备法方法有电弧法、热解法和激光刻蚀法。
其中电弧法（与 Wolfgang-Kratschmer 法制备富勒烯类似）为在惰性气体气氛中，两根石墨电极直流放电， 阴极上产生碳纳米管。
热解法就是采用过渡金属作催化剂，700－1600K 的条件下，通过碳 氢化合物的分解得到碳纳米管。
激光刻蚀法采用激光刻蚀高温炉中的石墨靶子， 碳纳米管就 存在于惰性气体夹带的石墨蒸发产物中。
碳纳米管的形成过程游离态的碳原子或者碳原子 团，发生重新排布的过程。
制备 SWNT 时，必须添加一定数量的催化剂，如过渡元素（Ni、 Co、Fe 等） ，或者镧系元素（Ld、Nd、La、Y 等） ，或者它们的混合物。
催化剂在 SWNTs 的生 长过程中， 能够降低弯曲应力， 促进碳原子排列整齐并且阻止 SWNTs 两端的富勒烯分子的形 成。
得到的碳纳米管的直径和直径分布主要取决于制备方法、催化剂的种类、生长温度等反 应条件。
b. 碳纳米管的进一步加工 --- CNTs 的功能化（以 SWNTs 为例）：目的：提高 CNT 的溶解 度，有助于纯化，并引入新的 性能。
方式（与图中对照） ： 共价功能化： A：端口功能化 B：侧壁功能化 非共价功能化： C： 表面活化剂功能化 D： 聚合物功能化 E： 内腔功能化图 3.SWNTs 的功能化7．碳纳米管的分类：根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。
第 -4- 页 共 - 11 - 页碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文a.单壁碳纳米管（SWNTs） ：石墨烯的片层一般可以从一层到上百 层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳 管(Single walled carbon nanotube, SWNT)。
SWNT 的直径一般为 1－6 nm，最小 直径大约为 0.5 nm， C36 分子的直径相当, 与 但 SWNT 的直径大于 6nm 以后特别不稳定， 会发生 SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳 米到几个微米。
因为 SWNT 的最小直径与富 勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管 或富勒管。
图4.单壁碳纳米管（直径为1-6 nm）b .多壁碳纳米管（MWNT） ：多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs） ：含有多层石墨烯片。
形状象个同轴电缆。
其层数从 2～50 不等， 层间距为 0.34±0.01nm，与石墨层间距 (0.34nm)相当。
多壁管的典型直径和长度分 别为 2～30nm 和 0.1～50μm。
多壁管在开 始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱 中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上 通常布满小洞样的缺陷。
8.碳纳米管的物理性质：高的机械强度和弹性。
强度≥100 倍的钢，密度≤1/6 倍的钢 优良的导体和半导体特性（量子限域所致） 高的比表面积 强的吸附性能 优良的光学特性 发光强度随发射电流的增大而增强……表 2.碳纳米的独特性质图5.多壁碳纳米管（直径nm~μm级）第 -5- 页共 - 11 - 页碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文应用层次上的研究： 1. 纳米科技新热点、新发现及前景预测： 材料和制备在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计 的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点。
微电子和计算机技术纳米结构的微处理器的效率提高 1 兆倍，并实现太比特的存储器(提高 1000 倍)；研制 集成纳米传感器系统。
环境和能源发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境.如把孔径 lnm 的纳孔材 料作为催化剂的载体， 成倍的提高太阳能电池的能量转换效率； 将有序纳米孔材料和纳米膜 材料(孔径 l0~l00nm)用来消除水和空气中的污染等。
医学与健康纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便， 用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人 体后， 可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织； 在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植 后的排斥反应；应用纳米传感器系统进行疾病的早期诊断。