聚合物是一类由小重复化学单元组成的物质。聚合物中的合成砌块或重复单元称为单体。聚合或聚合物合成是一种化学反应，单体通过共价键结合在一起形成聚合物结构。聚合物链的长度用链中重复单元数量表示，称为聚合度（DP）。聚合物的分子量是重复单元分子量和DP的乘积。聚合物的固有基本特性主要取决于分子量、结构（直链或支链）和DP。

根据涉及化学反应的类型，聚合分为两类，分别称为缩合聚合和加成聚合。在缩合聚合或逐步增长聚合中，两种不同的双官能或三官能单体之间发生缩合反应，产生聚合物，由此反应中消除了小分子（通常是水）。在加成聚合或链增长聚合中，聚合物的增长是通过在聚合物链末端的活性位点添加单体，并在每次增长步骤完成后再生活性位点来实现的。需要引发剂产生具有反应中心的引发剂物质。反应中心可以是自由基、阳离子、阴离子或有机金属络合物。

生物电子学是一个结合了生物学和电子学的交叉学科领域，可用于诊断和治疗保健应用。通过采用影响神经信号传导中特定分子过程的生物电子技术，可以监测和控制神经系统的调节活动。生物电子医学处理一系列疾病和障碍，如失明、心血管疾病、糖尿病、发炎性和神经退行性疾病和瘫痪。

生物电子设备通过刺激、调节或阻止大脑和机体功能器官之间的特定电子通信信号起作用，从而实现个性化的治疗。常见的生物医学设备包括调节心率的心脏起搏器和模仿人体环境的机器人假肢。血糖监测仪等生物传感器可检测酶、病原体或毒性物质。可穿戴生物电子设备能够监测生命体征，检测生物标志物，或捕获表皮能量。先进的生物电子植入物无需电线或电池即可工作，并且根据应用的不同，具有侵害性极小、可消化、可完全吸收等特点。

微米颗粒和纳米颗粒作为独特材料，在能源、医疗和环境等领域有着巨大的应用潜力。纳米颗粒指至少有一个物理维度小于100纳米的粒子。而微米颗粒指有一个物理维度约介于1至1000微米的粒子。尽管在宏观材料上组成相同，但由于尺寸效应，两种颗粒具有不同的光、电、热以及磁特性。研究人员已开发出多种合成两种颗粒的方法以便更好地控制适应于特定领域的属性、形状、组成和尺寸分布

通常采用物理和化学方法来合成。物理方法通过缩小原材料尺寸合成颗粒，这就是所谓的自上而下的方法。通常需用到球磨、气体冷凝、电喷涂、光刻和热分解等物理技术。 而在很多化学方法中，粒子通常由在液相或气相化学反应中原子或分子前体通过成核和生长的方法合成，也就是所谓的自下而上的方法。微乳法、水热法、微流法、化学气相沉积、热解法及溶胶-凝胶法都是常用的化学合成方法。化学合成的纳米结构瑕疵更少，从而可以得到更复杂且更均匀的化学成分，且因易于扩展，所合成的生产成本低、速度快。

固态合成也称陶瓷法，通常用于引发固态起始材料的化学反应，从而形成具有规整结构的新固体。最终产物包括在能源和电子应用中广泛使用的多晶材料、单晶体、玻璃和薄膜材料。

在受控温度下，使细粒金属化合物相互结合，然后造粒并加热一段时间。某些金属化合物（如金属氧化物或盐）需要高温和高压等极端条件才能在熔体或快速冷凝的蒸汽相中引发反应。这一过程常称为“摇动和烘烤”或“加热和击打”化学

固态合成中的反应速率是特别重要的表征参数。由于所形成固体的纯化技术非常有限，因此固态反应必须反应完全。固态反应的反应速率取决于反应条件，包括结构特性、反应物的形状和表面积、扩散速率以及与成核/反应有关的热力学性质。最终材料的理化性质取决于化学前体和制备技术。