对能满足21世纪要求且具有分子级性能材料的探索,引导了一维纳米结构的发展。几乎每种传统材料都有一种一维纳米材料的匹配物。一维纳米材料在纳米电子学、设备和系统、纳米复合材料、可替代能源和国家安全上都具有深远的影响。本论文紧跟时代要求,成功制备了具有集成图案的一维纳米材料阵列,如一维聚合物纳米材料、一维金属纳米材料,开拓了同轴金属纳米电缆和多层金属纳米材料体系,研究了这些一维纳米材料的制备,并探讨了在受限空间内一维纳米材料的生长机理,这一领域的系统性研究尚未见报道。本论文掌握了采用紫外光刻蚀技术制备纳米或微米图案的工艺。在众多的图案化制备技术中,紫外光刻技术被认为是一种制备大面图案、经济、易操作的技术。在紫外光刻技术中有五个主要步骤：涂胶、前烘、曝光、后烘和显影。对每一个步骤都做了详尽的分析和实验,最终找到了一个最适宜的工艺条件,在多孔氧化铝(AAO)模板的表面上成功制备了不同图案、不同尺寸的大面积、规整图案。首次以图案化模板为二次模板,通过物理浸润的方法,如溶液浸润法和熔体浸润法,成功制备了多种图案化的聚合物纳米管和纳米线阵列结构,如常规分子量的PS、PA6、PA66、PA11、ABS、PMMA等六种聚合物。微观形貌测试结果表明,两种方法都能获得结构完整的纳米管和纳米线结构,其直径与模板孔径相吻合。在溶液法中,纳米管壁厚随着溶液浓度的增加而增厚,当溶液浓度达到一定值时,制得纳米线结构,溶剂不同则溶液浓度不同,如以三氯甲烷为溶剂配制聚苯乙烯(PS)溶液,溶液浓度为10.0 wt%,则得到PS纳米线；以甲酸为溶剂配制聚酰胺6(PA6)溶液,溶液浓度为8.0 wt%,则可制得PA66纳米线。熔体法制备时,纳米管的壁厚与熔融温度有关,一般地,熔融温度越高,纳米管的壁厚越薄,反之,越厚。首次用高分辨电子透射电镜观察到了低结晶度聚合物(PS)和高结晶聚合物(PA6)纳米管的结晶现象,突破了以模型研究聚合物纳米管结晶的范畴。在纳米管外壁的部分区域观察到结晶条纹,其它区域为无定形区。通过与本体聚合物的X射线衍射对比,发现聚合物纳米管的X射线衍射图谱有较大的改变,这表明在受限空间内纳米管在形成过程中,有晶相转变现象发生,而PA6则发生了明显的转变,在本体中主要存在α晶相,而在纳米管中则转变成γ晶相。研究了金属纳米材料的制备及其性质。采用电化学沉积方法制备了非磁性金属纳米线体系(以Cu为代表),研究发现,纳米线随着沉积时间的延长而增长,但不成正比关系。高分辨与电子衍射花样显示Cu纳米线具有单晶结构；生长方向沿[220],首次观察到纳米线的断裂方向,分别沿着(202)和(022)两个晶面的方向断裂,断裂端呈规则的圆锥型；在外力作用下,Cu纳米线还显示出与块体材料相似的性质：柔韧性。同时,研究了磁性金属纳米材料(以Ni,Co,Fe为代表)的制备及磁性能。经过一系列的实验,通过高分辨透射电镜表征,首次观察到磁性纳米管的形成过程,发现在沉积时间低于15min,得到的全部是纳米管,高于40mmin得到的全部是纳米线,由此可知先生成纳米管,再形成纳米线。通过磁性测试发现磁性金属纳米管具有一定的磁性,在轴方向上易被磁化,却拥有较低的矫顽力。研究了Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆的制备方法和磁性。通过两步电沉积方法(先沉积Ni纳米管,再在Ni纳米管中沉积Cu纳米线)和一步共沉积方法(电解质溶液中既含有Ni离子也含有Cu离子),均能制备Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆结构。与Ni纳米管磁性能相比,Cu/Ni核/壳结构的同轴纳米电缆剩余磁化强度明显大于Ni纳米管的剩余磁化强度。开拓了Cu-Ni嵌段纳米线新体系。透射电镜照片显示了嵌段纳米线的竹节状结构,电子衍射花样显示界面处的物质具有单晶结构,与Ni纳米层的多晶结构不相符,对此,解释了可能的形成原因,是由于原子掺杂所致。首次提出了聚合物在受限空间内形成机理：bamboo-like和cylinder-shaped两种形成方式,并给予了充分的解释。根据此现象,首次提出了AAO模板对聚合物纳米管的形成具有诱导效应,可以导致聚合物在受限空间内成核时发生晶型和结晶度的改变,影响分子链的排列。同时,首次提出了磁性金属纳米管的形成机理：brick-stacked wirelike growth生长机理。