研究发现，材料在纳米水平(接近原子尺度) 上所表现出的特性很难保留和开发。事实上，接近原子尺度材料具有的独特和潜在的电气、光学和可拉长性质，在使用常规的工艺方法制造成毫米级或厘米级材料和系统后，往往会消失。如何将原子尺度所具有的极具应用价值的材料特性保留下来，是目前材料科学界攻关的难点。

美国国防部先进研究计划局(DARPA) 最为重要的组成机构——国防科学办公室(DSO) 宣称，该局已经设立一系列研究项目，以期尽快实现将原子尺度所具有材料特性保留下来这一目标。从下面这些具体研究项目中，或可见未来新材料研究方向转变的端倪。

原子到产品(A2P)

“原子到产品”研究项目的目标是：研制出一种装配方法，使制造出的大尺度材料、组件和系统能够保留纳米级材料的性能。

目前，科学家在研制新材料时大多使用不同的“混合、加热和组合”方法，DARPA 项目经理迈因说：“现在我们正使用一种完全不同的方法，即从单个原子开始，直接将它们装配成纳米结构，然后再将这种纳米结构组装成更大的微器件。”他指出，“原子到产品”项目组已拥有控制纳米尺度组装的新方法，可以非常快速地生产建造出具有经济价值的先进微器件。

具有可控微结构架构材料(MCMA)

DARPA 还在研究另一种方法，以制造出具有特殊功能的新材料，该项目名为“具有可控微结构架构材料”。MCMA 正在寻求控制材料微结构架构的方法，以改善结构效能，实现那些传统上在单一物质中难以同时获得的功能，如钢的力度和塑料的重量。

材料转换(MATRIX)

控制材料内部纳米构架的一个潜在好处是，可以使材料自己实现催化反应或能量转化，并有效转变成器件，这也是DSO“材料转换”项目的最终目标。与A2P类似，它是为转换开发出一种新材料，实现从一种形态到另一种形态的能量转换，以便在器件和系统水平实现新材料的有用功能。材料转换对于海陆空和太空军事能力的提高非常重要，但目前许多材料在实验室中的功能均难以在现实需要中发挥出来。MATRIX 的目标就是把实验室中的功能转化尽快在现实环境下实现。

延伸固体(XSolids)

“延伸固体”项目致力于特殊材料的研制，通常这类材料只能在超高压(百万大气压) 状态下制造和存在。由于在不同的压力下，许多材料的物理、机械和功能特性等将发生巨大改变，因此，新材料的发现和制造多基于高温的应用，而高压化学(或称气压化学) 的发展为新材料的发现和制造开启了一个新时代。

DARPA 在50年前就建立起多学科实验室，把器件和材料相关领域的专家集中到一起。DSO 负责人汤普金斯认为，这些研究项目反映出未来新材料研究方向的根本改变，即从大块头处理转变为构架材料，这种改变表明材料开发新的“设计师时代”的到来。