纳米材料的研究无论是在基础科学还是在应用技术上都面临着许多新的挑战.纳米材料的性能极大地取决于它们的尺寸和形状.测量大面积或大量的纳米材料所得的性能是整个样品的平均值,因此,单个纳米颗粒或单根纳米管的不寻常的特性就被掩盖了.测量由原子结构所决定的单一纳米结构的性能是纳米科学的一个基本方向.对现有的测试技术和试验方法来说,表征单一纳米颗粒/纳米管/纳米纤维的性能是一难题.首先,因为它的尺寸(直径和长度)相当小,现有的实验手段不适用,像纤维类材料的弹性和蠕变实验,要求样品的尺寸足够大,能够固定在试样台的夹具上,这种简单易行的方法对于纳米结构的纤维则不适用.其次,纳米结构的小尺寸使得手工操作相当困难,需要有一种针对单一纳米结构设计的专门测试技术来进行操作.因此,为了准确测量单一纳米结构的性能,开发新的方法和手段是十分必要的.我们的工作目的就在于此.本文综述了我们在开拓和发展原位透射电子显微学在表征纳米材料的力学,电学和热力学性能方面的现状和展望.该研究的焦点集中在如何定量测试一微结构已知的单一纳米结构的物理性能,从而实现了表征结构-性能关联中的一对一关系,开拓了原位透射电子显微镜在纳米材料科学研究中的新方向和新天地.