纳米材料是纳米科学的基础，因受器件小型化驱动和特殊物理化学性质吸引，同时由于大分子结构位于这一区间，特别是微观显示技术的进展促进了这—领域的快速发展。随着材料尺度进入到纳米范围，最外层表面原子所占的比例大幅度增加，表面原子配位不饱和程度和比表面能急剧增大，给表面科学研究带来了良好的契机。底端向上(bottom—up)研究思想中有机分子(特别是大分子)的存在可以控制纳米材料的尺寸、生长和聚集，也可以稳定、保护活性的纳米材料，同时可以防止相互之间的团聚。吸附是典型的表面过程，它的驱动力来源于表面剩余力，在纳米尺度特别显著。但是由于研究手段的限制，准确理解发生在纳米尺度的吸附行为仍然存在许多困难，同时有机分子的选择有很多的经验成分。虽然可以成功地控制粒子的大小和形貌，但是在纳米材料成核和生长动态过程中有机分子的大小和空间取向的考虑明显不够完善。然而，在有机分子的参与下生物体内能够合成具有新颖结构和优异性能的生物纳米材料给我们提供了很好的范例。在纳米材料与聚合物复合过程中，分散纳米颗粒一直是急待解决的问题。 本论文以液固界面吸附为基础，对纳米材料研究中表面性质在材料合成、表征和应用中所起的作用为内容开展了一系列研究。利用现代测试手段如探针气体吸附法、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、力学性能测试以及热分析(TGA)等仪器对纳米材料吸附大分子的机理、纳米材料制备过程中有机分子对晶相、生长、组织和应用中的分散问题等进行了系统的探索，对于理解由底端向上合成纳米材料的制备、应用和理解生物矿化机制具有理论和现实意义。主要开展工作如下： 1)运用气体探针方法研究了碳纳米管自水溶液中吸附聚丙烯酸前后的表面性能变化情况。孔分布和表面分形研究表明在吸附过程中存在两种效应—屏蔽表面和堵孔效应，堵孔是比表面积改变的主要原因；吸附能研究表明聚丙烯酸优先吸附在高能表面，而且这种作用是逐步进行的。这种现象对于由底端向上纳米材料的合成和组装具有重要意义。 2)选择简单的含有生物大分子功能基团的聚乙烯吡咯烷酮为模型化合物，研究吸附分子的空间取向对碳酸钙生长过程的作用。发现聚乙烯吡咯烷酮能够显著的抑制亚稳定相球霰石向热力学稳定相方解石的转变，同时对球霰石的聚集方式也有很大的影响，得到球形聚集体结构。进一步简化这种有机分子结构，采用与聚乙烯吡咯烷酮链节相类似结构的丙酮分子，在丙酮和水混合体系中发现了同样可以抑制亚稳定相球霰石转变现象，发现了多种球霰石聚集结构如形成球形、类棱镜形、类蘑菇形和梭形等。同时首次考虑了水分子在生长和聚集过程中对有机分子的竞争作用。 3)从界面化学的角度分析了二氧化钛在不同介质中的相互作用，团聚源于表面不饱和配位原子的氢键和配位作用。决定了这些活性的粒子不能够在集给体和受体于一体的介质中获得分散，发生聚集难以避免，特别是常用的水介质。要得到很好的分散效果，只有采用能够屏蔽界面上活性不饱和位点的分子，也就是仅含有给体的介质如酮类(丁酮)、胺类(三乙胺)等。结合超声作用在上述介质中实现了良好的分散。在亲水的云母表面，原子力显微镜证实了上述分析。改善了分散效果后三元乙丙橡胶/二氧化钛复合材料的力学和热学性质获得显著提高。