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1959年，物理学家理查德·费曼在题为“There's Plenty of Room at the Bottom”的演讲中阐述了人类材料制备的“终极梦想”：从单个原子“自下而上”设计和制造材料 [1] 。这一简单但深刻的思路揭开了纳米科学与技术的序幕。在随后的半个世纪里，纳米科学与技术迅速发展，已经成为人类社会前进的“第一技术推动力”，全方位地推动化学、材料、生物、医疗、计算机等领域的发展。
在材料领域，纳米科学与技术的发展不但大大延伸了人们对材料结构与性能的认知，而且拓展了人们利用材料的能力。丰富多样的纳米材料不断涌现，形成了庞大的纳米材料体系。在整个纳米材料发展历程中，不同维度碳同素异形体（零维的富勒烯 [2] 、一维的碳纳米管 [3] 和二维的石墨烯）的发现具有标志性的意义。其中，罗伯特·柯尔、哈罗德·克罗托、理查德·斯莫利因发现富勒烯于1996年获得了诺贝尔化学奖，随后安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因石墨烯的开创性研究于2010年被授予诺贝尔物理学奖 [4] 。
不断涌现的纳米材料让“自下而上”的材料设计和制备成为可能。有别于扫描隧道显微镜在纳米尺度对单个原子的精确操纵，宏观组装是沟通纳米材料与宏观材料的桥梁 [5] 。它是将纳米材料“组装单元”按照设计的结构精确排布，达到至少一个维度上宏观材料的结构精确设计和控制。纳米材料宏观组装不但可以将纳米材料的优越性质表达为宏观材料的优异性能，还具备高通量、大规模制备的优势，是将理想的“自下而上”概念变成现实材料的新型制备方法。