高分子材料几乎可以应用于材料学研究范畴的各个领域，每个材料学中未能解决的问题都可以归入高分子材料亟需解决的问题。因为了解一些关于大分子自组装领域的知识，
以此为例粗答一下：大分子自组装就是将高分子（均聚物或嵌段共聚物）通过分子作用力，目前应用包括生物材料、仿生细胞、纳米载体、医学成像、传感器件、光电器件、界面材料、纳米催化等。就这么说吧，以上每个方面都存在科研难题。
1.生物材料：生物医用材料目前仅开发出少量能通过临床试验的品种。生物材料最大的问题就是生物相容性，特别是作用于人体时，要解决血栓、可降解、无毒无害等问题，这对於单一或是复合的高分子材料都是很难全部实现的，于是寻找新的生物材料以及对现有生物材料改性，使之成为临床可用的材料是目前的方向。
2.仿生细胞：人工模拟细胞可以说连初级阶段都算不上，但是仿生细胞如果能实现，可以说是人类科技发展里程碑意义的成就。这之中必然需要高分子科学领域的发展。简单的说，我想设计仿生细胞首先需要有细胞膜，那么这类囊泡状结构就需要大分子自组装。我们已经研究出了得到不同尺寸囊泡的工艺方法，但是生物细胞膜表面是特异性的，功能化的（而且极其复杂），我们能获得的囊泡却是均一的，如何做到囊泡表面功能多样，功能定位，分室化种种都是需要研究突破的。
3.医学成像：首先需要有生物相容性，其次医学成像有特定的功能要求，例如靶向定位、可探测性。而且不止可探测，还要方便探测。高分子微球做成像系统载体目前是可以实现的，PEO修饰下进入细胞什么的也可行，但是定位还需要进一步精确。
4.纳米载体：窃以为纳米载体在高分子微球各种开发（pH响应、磁响应、热响应等）后已经功能强大，药物包被能力也很强大，最需要解决的应该就是临床应用了吧。
5.传感器件、光电器件、界面材料：传统的材料学问题。其实我们在应用上已经有金属材料等老牌应用材料了，高分子材料作为新生的材料虽具有很多方面的优越性，但走向市场，全面应用还有一段距离。例如石墨烯，在发现后已经被研究得很透彻了，在传感、光电、界面材料领域都有应用空间，各种衍生物被开发出十分强大的功能。石墨烯做电池就是一例，可以有比现在很多材料更好的性能，但是市面上有几个石墨烯电池呢？我所知我校某石墨烯课题组就和三星公司签了专利，未来投入市场，前景一片大好，大致如此。所以说新材料还在不断研发，如何将最新研究出的高分子材料投入生产投入市场也是需要考虑的问题不是么？
6.纳米催化：这也是化工领域一大研究热点啊，经久不衰。君不见有机人名反应千千万，要是每个反应对应一套催化体系，那合成效率岂不是飞起。实际上在真正做合成时是很难按照学过的那些人名反应设计合成路线的，就算是苯环上碘代都要用到高碘酸，为啥？因为很多反应没有合适的催化体系，产率太低不能用。典型例子就是Ziegler和Natta弄出了个催化剂，获得诺奖。可见催化之重要性。高分子材料提供了纳米催化的崭新的平台。我所知一种COFs材料，在通道修饰后是可以有催化特定反应活性的。这意味着更多的化学反应可以通过高分子材料实现纳米催化，当然投入化工生产就是另一回事了。这么看来，高分子材料工程领域的科研难题太多了！最后想说的就是，现在高分子材料领域的发展已经离不开物理、化学、生命科学的发展了。理论研究上继Flory以后已经很少有突破性进展，所以在应用上还需要结合实际考虑解决很多问题。