从20世纪90年代初起，纳米科技就得到了迅猛的发展，像纳米电子学，纳米材料学，纳米机械学，纳米生物学等等新学科不断涌现，纳米科技是科学家们预言的未来改变人类历史的九大科学之一。
而事实上，当今的科学家虽然能够通过STM技术去观察原子层面的信息，并且对原子排列结构进行一定的影响。
比如1990年的4月，北美地区IBM的两位科学家在用STM观测金属镍表面的氙原子时，由探针和氙原子的运动受到启示，尝试用STM针尖移动吸附在金属镍上面的氙原子，将35个氙原子在镍的表面排列出5原子高度的“IBM”的结构。
而华夏地区科学院的科学家们也利用纳米技术，在石墨的表面通过搬迁碳原子的绘制出世界上最小的华夏地区地图，只有不到10纳米的大小。
而此后科学家们对于移动各种原子摆出各种图案乐此不彼，硅原子、硫原子、铁原子，一氧化碳分子、铁基分子……
从这里我们就可以知道，科学家们目前能够实现的就是稍微的移动一些原子，在物体的表面摆出各种图案，并不能真正意义的上对原子结构进行立体的打造和构建，同时更没办法大规模的、快速的去在原子角度打造新材料。
但是即便是这样，只能很简单的移动一些原子，在表面进行一些原子排列的构造，科学家们也制造出了如今各种纷繁复杂的纳米材料，比如在铜的表面对铜原子的结构进行人为的排列，也能让铜的强度增加5倍。
我们都知道金刚石也就是钻石和石墨、焦炭，他们构成的原子其实都是一样的，那就是碳原子，但是这些材料的性质却相差的天差地远，单单就硬度而言，金刚石是自然界最硬的材料，而石墨和焦炭的硬度就非常低了。
而造成这种差异的原因就是碳原子的结构，金刚石的原子结构每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。
由于金刚石中的C-C键很强，所以金刚石硬度大，熔点极高；又因为所有的价电子都被限制在共价键区域，没有自由电子，所以金刚石不导电。
在石墨结构中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环，伸展成片层结构。
这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。
在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠，电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。
简单通俗易懂的来说就是金刚石的碳原子结构是立体的，所有的碳原子互相直接构成正四面体，是立体形式的结构。
石墨的结构是碳原子在同一平面上形成正六边形的环，形成片层的结构，也就是一层层的碳原子，但层与层之间的碳原子之间是没有连接的，这是平面式的结构。
一个立体正四面体结构，一个平面正六边形结构，造成了金刚石和石墨两者之间的材料性质天差地远，其价值也是云泥之别。