碳納米管(CNTs)是在一定條件下由大量碳原子聚集在一起形成的同軸空心管狀的納米級(jí)材料，它的徑向尺寸為納米數(shù)量級(jí)，軸向尺寸為微米數(shù)量級(jí)，屬于碳同位素異構(gòu)體家族中的一個(gè)新成員，是理想的一維量子材料。
自從1991年Iijiman發(fā)現(xiàn)CNTs以來，它的優(yōu)良性能引起了人們廣泛深入的研究。然而CNTs不溶于一般的有機(jī)溶劑，并且其表面特性接近于石墨，使其表面呈化學(xué)惰性，從而限制了其應(yīng)用范圍。從目前文獻(xiàn)報(bào)道的情況看，解決這些問題的最有效的方法是對(duì)CNTs表面進(jìn)行改性，增加其分散性、化學(xué)活性等。其表面改性通常采取的方法是：首先通過不同的氧化處理在CNTs的端口或缺陷處引人羧基等活性基團(tuán)，然后再由酯化或酰胺化反應(yīng)等對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的接枝改性。
由于CNTs具有與聚合物相似的結(jié)構(gòu)，可以與之復(fù)合制成高性能的復(fù)合材料。此類復(fù)合材料在電子器件、吸波隱身材料和其它結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
CNTs／聚合物復(fù)合材料性能
（１）導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性
CNTs具有優(yōu)于銅的導(dǎo)電性，可以取代金屬填料用來制備有機(jī)復(fù)合導(dǎo)電材料。因?yàn)镃NTs與有機(jī)物的相容性優(yōu)于金屬，故材料的性能更加穩(wěn)定，而且質(zhì)量更輕，同時(shí)CNTs高達(dá)l000的長(zhǎng)徑比可以極大地降低復(fù)合材料的滲濾閾值，這是其它填料無法達(dá)到的，可用作抗電材料。加入CNTs可使復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性大幅度提高。
（２）力學(xué)性能
將酸化處理以后的CNTs與高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合，采用機(jī)械共混法制備定向CNTs／HDPE復(fù)合材料，CNTs的加入，提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量，但同時(shí)卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。利用CNTs對(duì)酚醛樹脂(PF)進(jìn)行改性，CNTs能夠明顯提高PF／CF復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
(３)摩擦學(xué)性能
以CNTs為填料制備聚四氟乙烯(PTFE)基復(fù)合材料，CNTs／PTFE復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著CNTs含量的增加呈降低的趨勢(shì)，其耐磨性能明顯優(yōu)于純PTFE，以CNTs作為填料可有效地抑制PTFE的磨損。
(４)抗靜電性能
人采用共混紡絲的方法將CNTs加入到丙綸中，并且通過測(cè)量其摩擦靜電荷量來研究其抗靜電性能的變化。結(jié)果表明：?jiǎn)为?dú)添加少量CNTs難以提高聚丙烯(PP)纖維的抗靜電性能；而添加含有碳納米管的復(fù)合抗靜電劑，可以有效地提高PP纖維的抗靜電性能。
(５)阻燃性能
利用合成的兩種新型阻燃劑SPS和PTE與聚磷酸銨(APP)及MWNTs復(fù)配，并應(yīng)用于低密度聚乙烯(LDPE)，得到膨脹型阻燃LDPE-MWNTs復(fù)合材料。在該膨脹型阻燃體系中，IFR與MWNTs之問存在明顯的協(xié)效阻燃作用，并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和熱釋放速率(HRR)，而且燃燒后的殘?zhí)剂看蟠笤黾印?br />
CNTs／聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用
CNTs作為加強(qiáng)相和導(dǎo)電相在納米復(fù)合材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，其中尤以CNTs／聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用研究發(fā)展得最快。將CNTs作為導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，其管徑越小，所制得的導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性越好。CNTs作為導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)的最佳長(zhǎng)徑比約為250。當(dāng)CNTs長(zhǎng)徑比大于250時(shí)，所制得的涂料導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而減�。划�(dāng)CNTs長(zhǎng)徑比小于250時(shí)，所制得的涂料導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而增加。一般地，CNTs的含量越高，所制得的涂料導(dǎo)電性越好。針對(duì)新一代吸波隱身材料要求吸收強(qiáng)、寬頻帶、質(zhì)量輕、厚度薄、功能多、紅外微波吸收兼容以及具有優(yōu)良的其它綜合性能的要求，利用CNTs特殊的電磁吸波特性，以及聚合物優(yōu)良的材料性能，研究開發(fā)CNTs聚合物基復(fù)合吸波功能材料是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的有效途徑。
自從1991年Iijiman發(fā)現(xiàn)CNTs以來，它的優(yōu)良性能引起了人們廣泛深入的研究。然而CNTs不溶于一般的有機(jī)溶劑，并且其表面特性接近于石墨，使其表面呈化學(xué)惰性，從而限制了其應(yīng)用范圍。從目前文獻(xiàn)報(bào)道的情況看，解決這些問題的最有效的方法是對(duì)CNTs表面進(jìn)行改性，增加其分散性、化學(xué)活性等。其表面改性通常采取的方法是：首先通過不同的氧化處理在CNTs的端口或缺陷處引人羧基等活性基團(tuán)，然后再由酯化或酰胺化反應(yīng)等對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的接枝改性。
由于CNTs具有與聚合物相似的結(jié)構(gòu)，可以與之復(fù)合制成高性能的復(fù)合材料。此類復(fù)合材料在電子器件、吸波隱身材料和其它結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
CNTs／聚合物復(fù)合材料性能
（１）導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性
CNTs具有優(yōu)于銅的導(dǎo)電性，可以取代金屬填料用來制備有機(jī)復(fù)合導(dǎo)電材料。因?yàn)镃NTs與有機(jī)物的相容性優(yōu)于金屬，故材料的性能更加穩(wěn)定，而且質(zhì)量更輕，同時(shí)CNTs高達(dá)l000的長(zhǎng)徑比可以極大地降低復(fù)合材料的滲濾閾值，這是其它填料無法達(dá)到的，可用作抗電材料。加入CNTs可使復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性大幅度提高。
（２）力學(xué)性能
將酸化處理以后的CNTs與高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合，采用機(jī)械共混法制備定向CNTs／HDPE復(fù)合材料，CNTs的加入，提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量，但同時(shí)卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。利用CNTs對(duì)酚醛樹脂(PF)進(jìn)行改性，CNTs能夠明顯提高PF／CF復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
(３)摩擦學(xué)性能
以CNTs為填料制備聚四氟乙烯(PTFE)基復(fù)合材料，CNTs／PTFE復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著CNTs含量的增加呈降低的趨勢(shì)，其耐磨性能明顯優(yōu)于純PTFE，以CNTs作為填料可有效地抑制PTFE的磨損。
(４)抗靜電性能
人采用共混紡絲的方法將CNTs加入到丙綸中，并且通過測(cè)量其摩擦靜電荷量來研究其抗靜電性能的變化。結(jié)果表明：?jiǎn)为?dú)添加少量CNTs難以提高聚丙烯(PP)纖維的抗靜電性能；而添加含有碳納米管的復(fù)合抗靜電劑，可以有效地提高PP纖維的抗靜電性能。
(５)阻燃性能
利用合成的兩種新型阻燃劑SPS和PTE與聚磷酸銨(APP)及MWNTs復(fù)配，并應(yīng)用于低密度聚乙烯(LDPE)，得到膨脹型阻燃LDPE-MWNTs復(fù)合材料。在該膨脹型阻燃體系中，IFR與MWNTs之問存在明顯的協(xié)效阻燃作用，并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和熱釋放速率(HRR)，而且燃燒后的殘?zhí)剂看蟠笤黾印?br />
CNTs／聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用
CNTs作為加強(qiáng)相和導(dǎo)電相在納米復(fù)合材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，其中尤以CNTs／聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用研究發(fā)展得最快。將CNTs作為導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，其管徑越小，所制得的導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性越好。CNTs作為導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)的最佳長(zhǎng)徑比約為250。當(dāng)CNTs長(zhǎng)徑比大于250時(shí)，所制得的涂料導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而減�。划�(dāng)CNTs長(zhǎng)徑比小于250時(shí)，所制得的涂料導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而增加。一般地，CNTs的含量越高，所制得的涂料導(dǎo)電性越好。針對(duì)新一代吸波隱身材料要求吸收強(qiáng)、寬頻帶、質(zhì)量輕、厚度薄、功能多、紅外微波吸收兼容以及具有優(yōu)良的其它綜合性能的要求，利用CNTs特殊的電磁吸波特性，以及聚合物優(yōu)良的材料性能，研究開發(fā)CNTs聚合物基復(fù)合吸波功能材料是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的有效途徑。
