一、面向极端高低温的结构力学

    与传统材料相比，纳米碳材料的C=C共价键提供了优越的机械性能、导电性、导热性和结构稳定性的独特组合，这使它们成为在极端环境下构建宏观框架的理想组件。纯纳米碳材料主要通过CVD和自组装技术生产，这些技术已经显示出各种独特的极端环境性能，如宽温度范围内的机械阻尼特性、高温下优异的比电导率和热变形抗力。这些特性有利于在航空航天、极地探索和其他极端高温和低温环境中的应用。纳米碳基复合材料主要是通过材料熔融结合结构和化学改性来制备的。通过将纳米碳组件与基体材料结合起来，实现了耐高温、耐高压、耐腐蚀和耐辐射的众多实例，展示了纳米碳在复杂极端环境中的实际应用前景。我们以碳纳米管，石墨烯等碳纳米材料作为基本结构单元，通过合理的结构设计制备具有优异机械性能，包括粘弹性，蠕变，粘附，拉伸的宏观碳纳米材料。

二、面向宽温域的储能

       在全球变暖的挑战和化石燃料的衰竭的双重形势下，诸如电池,超级电容器或纳米发电机等电化学能量储存以及能量转化装置正变得越来越重要。新材料和新结构是这一领域进步的关键。与传统电池和超级电容器材料相比，碳纳米材料具有极佳的离子传输和电子导电性。它们还可以占用颗粒体积中可用的所有插层位点，从而实现高比容量和快速离子扩散。这些特性使基于碳纳米材料的电极能够承受高电流，为高能量和高功率储能提供了一种有前途的解决方案。碳材料具有低成本、形式多样(粉末、纤维、气凝胶、复合材料、层状、管状等)易加工性，相对惰性的电化学，可控的孔隙度和活性位点的优点。我们的团队致力于通过碳材料的结构设计以提高能源储存和转化的性能。特别地，我们感兴趣的是能源材料在极端条件下的应用，例如抗冲击能源材料及可在极端温度下运行的能源材料。

三、面向人体健康的诊疗一体化器件

       诊疗一体化是一种将疾病的诊断和治疗有机结合的新型生物医药技术，诊疗一体化器件的快速发展，改变了传统的医疗模式，由于诊疗一体化将诊断和治疗功能整合为一体，相比于单一的模式具有明显的优势。其可在患者精细化分类及个性化医疗、药物传递及实施药物反馈等方面拥有巨大的潜力。例如，测量各种与健康相关的体征，如身体运动、肌肉运动、脉搏、心脏和呼吸速率、体温、皮肤和呼吸湿度、电生理信号（如心电图（ECG）、肌电图（EMG）、脑电图（EEG）、眼电图（EOG）和胃电图（EGG）以及生化成分（如代谢物和电解质）），并对其信息进行处理后给出综合性治疗建议。与其他候选材料相比，先进的碳纳米材料如碳纳米管（CNTs），石墨烯（包括氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO））和其他碳材料（如石墨，炭黑和天然生物材料衍生的碳材料）具有导电性好、化学和热稳定性高、毒性低、易于功能化等独特优势，使其在诊疗一体化器件中具有巨大的应用潜力。