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碳化物纳米材料,由于其优越的物理化学性质,如高硬度、高熔点、强化学稳定性、抗氧化、高热稳定性和低电阻率等,在切割工具,发光材料,涂层材料和增韧剂等方面都有很好的应用。但碳化物纳米材料存在的合成方法复杂、生长机理不明确、基本物性参数缺乏等不足,针对这些问题,本论文展开如下研究：1、利用一种竹基碳热还原法制备共价碳化物纳米线(SiC和B4C)和间隙碳化物纳米线(TiC, TaC, NbC,TixNb1-xC和TaxNb1-xC),综合分析合成方法中各种变量对碳化物纳米材料的影响。选用可作为再生资源的竹子作为模板兼碳源大大简化了合成过程。对纳米线的结构、形态和元素分析后,揭示纳米线的生长机理是氧化物和卤化物辅助VLS生长机制。2、利用一步碳热还原法制备出了碳化钽纳米线(TaCNW)与活性碳纤维复合材料(TaC/C)。反应过程中,卤化物同时作为Ta的运输载体及碳的激发剂使用。通过测量,对单根TaC纳米线杨氏模量和电阻两个重要的参数进行了测定。TaC纳米线展现出了其较高的杨氏模量375+25GPa以及较低的电阻率62～64μΩ·cm。TaC/C这种独特的多层异质复合结构具有良好的倍率性能(8A/g电流密度下,容量保持率超过90%)与较高的容量(135+5F/g),这在高倍率电化学电容器储能中具有应用前景。3、利用一种简单、方便以及造价低廉的生物模板法成功合成出生长在碳纤维表面上的单晶TiC纳米棒。天然多孔的棉纤维材料同时作为碳源和模板,这大大简化了TiC纳米棒的合成过程。基于TiC纳米棒的结构、形貌及元素分析,揭示TiC NRs生长机制是以卤化物作为辅助物,VLS的生长机制,建立了相应的生长模型。TiC纳米棒生长的活化能Ea经过计算得出是260kJ/mol,与大多数TiC薄膜的Ea相似。TiC纳米棒的杨氏模量是实际应用中的一个重要参数,通过原位AFM三点弯曲试验测得的TiC纳米棒的杨氏模量值在390-470GPa范围内,平均值为430±22GPa。这种高模量的TiC纳米棒具有十分广泛的应用前景。4、利用生物模板法成功制备出了NbC纳米线阵列。该种纳米线的生长符合VLS生长机制。通过利用原子力显微镜三点弯曲法对NbC纳米线的力学性能进行了测试,测得NbC纳米线的杨氏模量为281-453GPa,接近于等离子体烧结NbC粉末杨氏模量(296-330Gpa),但低于该种材料的理论计算值484GPa。原位透射电镜多点测试单根NbC纳米线的电阻率发现,该种材料的电阻率大约为5.02mΩ.cm。5、利用竹基碳热还原法来制备碳化硼纳米片,竹粉作为碳源,这一方法显著简化了合成过程。通过对合成出来的样品进行结构,形态和元素分析,揭示了碳化硼纳米片生长机制是氟化物辅助VLS成核和VS生长机制。在对碳化硼的电阻率进行测试后发现,该种纳米片的电阻率为0.14MΩ·cm。6、利用原位AFM动态观察MnO2薄膜生长并原位探测MnO：薄膜电极的力学性能,证明了MnO2能量储存和薄膜微结构之间的关系。脉冲电流法电沉积制备的多孔纳米结构的γ-MnO2,具有高达437F/g的比容量,10000次循环以后,容量保持率还大于96%。利用AFM,观察了一系列MnO2薄膜纳米结构动态生长变化图,包括晶核形成,三维生长,可逆膨胀,质子嵌入导致软化和自我调节现象,这些都和这种材料卓越的储能能力相关联。利用该测试方法,还揭示了MnO2薄膜材料的硬度和杨氏模量,这些参数对于先进电化学电容器的设计尤为重要。