在现有的复合材料中，通常以纤维作增强材料，由于纤维与基体的相容性问题，限制复合材料性能的发挥。为了解决相容性问题，充分发挥复合材料的优异性能，人们从分子水平设计复合材料。通过控制纳米材料在高聚物中的分散与复合，能够在树脂较弱的微区内起补强、填充、增加界面作用力，减少自由体积的作用，可能仅以很少的无机粒子体积含量，就能在一个相当大的范围内有效地改变复合材料的综合性能，且不影响材料的加工性能。

研究表明，a-Al2O3与环氧树脂复合，使其模量增加，当粒径为27nm，a- Al2O3添加量为1%～5%（质量比）时，提高了环氧树脂的Tg，模量达极大值；添加量超过10%（质量比）时，模量下降。另一项研究采用己二胺对粘土通过离子交换反应进行改性，然后将改性后的粘土与E-51在二甲基甲酰胺（DMF）中搅拌混合，制备出环氧树脂/粘土纳米复合材料。当纳米粘土添加量为3wt%时，马丁耐热为61.5℃，冲击韧性为8.95kj/m2，分别比不加粘土的固化树脂提高了仅20℃和190%。而粉末法可使低分子环氧树脂在粘土层间聚合成醚的研究，用E-51与处理过的黏土在混合情况下，使之高温下自聚生成聚醚粉末，聚合时伴随粘土的层离反应，二者为协同反应。

国外还有科学家在粘土改性环氧树脂中采用了溶剂法，在溶剂N，N’—二甲基甲酰胺中，E-51在其作用下穿插于黏土晶层之间，然后加入固化剂固化，使两者复合良好，性能有很大提高。除此以外，有人采用插层原位复合法，将单体嵌入到粘土夹层中再固化的方法制备环氧/黏土纳米复合材料。