碳纳米管的改性研究进展
多壁碳纳米管的化学功能化改性及分散性研究
硅烷化 改性 处理 。采用 Ｆ ＿ Ｒ， Ｄ ， Ｅ ＵＶ对酸氧化和硅烷化后的 ＭＷＣ Ｔｓ ］＿ Ｅ Ｓ Ｓ Ｍ， 、 Ｉ Ｎ 进行 了表征分析。结果表 明： 经硝
酸在 １０ 酸 氧 化 处 理 后 ， ２℃ ＭＷＣ ＮＴｓ的 形 貌 发 生 明 显 变 化 ， 米 管 间 的 缠 结 减 少 ； 硅 烷 偶 联 剂 改 性 处 理 后 的 纳 经
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报 Βιβλιοθήκη ２１ ０ ０年第２ ７卷
（ 山禾 创超声 仪器 有 限公 司） 昆 ；Ｎｉ ｌｔ７ ０智 能 傅里 叶变 换 红 外 光谱 仪 （ ＴＩ 美 国热 电公 司 ） 能谱 仪 ｃ ｅ５ ０ ｏ Ｆ Ｒ， ； （ ＤＳ 英 国 Ｉ Ａ 公 司） ￣４ ０ Ｅ ， ＮＣ ； ８ ０型场 发射 扫描 电镜 （ Ｅ Ｓ Ｍ ， Ｆ — Ｅ 日立公 司） Ｕ一０ ０型紫外 可 见光 谱 仪 （ ； ３１ ＵＶ，
收稿 日期：２ ０ —１ —１ ０９ ２ ７ 基金项 目：浙江省科技厅重大纺织专项资助项 目（ ０ ７ ４ ０ ；０ ８ １８ ） ２０ Ｃ１０ ８ ２ ０ Ｃｌ０ １
作 者 简 介 ：单 燕 君 （ ９ ４ ）男 ， 北 石 家 庄 人 ， 士研 究 生 ， １８ － ， 河 硕 主要 从 事 功 能 纤 维及 其成 型技 术 的研 究 。 通讯 作 者 ：张顺 花 ， 电子 邮箱 ：ｓ ｈｊ １３ ｃｒ ｚｈ ｚ ６ ．ｏ ｌ ＠ ｎ
ＭＷＣ ＮＴｓ 面接枝 了官能团及低 聚物 ； 学处理 可改善 ＭＷＣ ｓ的 分散稳 定性 ， 表 化 ＮＴ ＭＷＣ Ｔｓ悬浮液 在静 置 ２ Ｎ ０ｈ
后 ， 浓度 仅 降低 不到 ５ 。 其
关 键 词 ： 纳 米 管 ；化 学 修 饰 ； 散 性 能 ；机理 碳 分 中图 分 类 号 ： Ｂ ３ Ｔ ３２ 文献 标 识 码 ：Ａ
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
碳纳米管表面改性及其吸附水中污染物的研究进展
化 工 技 术 与 开 发
第 ４３卷
酸钠溶 液处 理纯 化碳 纳米管 ，碳 纳米 管被剪 短 ，表面 是 以无组织 的非 晶体状态 附着 于 ＭＷＮＴｓ的 ，相 比
被含 氧 官能 团修饰 ，改 性碳 纳 米 管对 Ｐｂ 的吸 附量 ＭＷＮＴｓ，对 Ｃｕ 的 吸 附能 力提 高 了 １００％，ＭｎＯ，最
摘 要：简述 了碳 纳米管的结构 、性质及 优异的吸附性能 ，介绍 了碳 纳米管 的表 面改性 方法 ，总结 了对不 同
目标物吸 附效果 的差 异。表面改性有利于碳纳米 管对水 中重金属离子 的吸附 ，对不同的有机污染物而言 ，不 同的
修饰官能团的吸附效果差异较大 。指出了吸附竞争和提高选择性等是未来需要研究的方向。
碳纳米管为疏水性材料 ，其范德华引力较强 ，表
发生相互作用 ，一般在 中空管腔 内壁和端 口处发生 氧化反应 ，引入化学官能 团，大 幅提高 了其 比表 面 积 ，并加强了在非极性溶剂中的分散性。
共 价 键 修饰 改 性 最 先是 通 过 氧化 剂 化 学 切割 ， 采 用混 酸 和其他 氧化 性溶 液 氧化碳 纳米 管并 用于水 中污染物 的吸附试 验研 究。王荣华等 嘲采用次氯
和有机化合物废水处理的常用方法之一 ，其 中吸附 时在表面修饰一定数量 的活性官能 团，从而改善水
法应 用 比较广 泛 ［１－２１。
相 中碳纳 米管 吸 附有毒 有害 污染 物 的特性 。表 面官
碳纳米管是具有独 特 中空结构 的一维纳米 材 能化 改性 是 吸附水 中痕 量或 低浓 度 的 目标 污染物 的
１ 碳纳米管 的结构和性质
２ 改性 方 法
最初 碳纳 米管 表 面改性 是通 过共 价键 修饰来 实 现 的，之后学 者为了保 持其 良好的结构性能 ，逐渐 采用非共价键法改性 ，包覆或负载金属、氧化物 、氮 化物、硫化物 、生物分子等以实现碳纳米管的表面改
碳纳米管改性方法及其在复合材料制备中的应用
碳纳米管改性方法及其在复合材料制备中的应用摘要：综述了近几年关于碳纳米管改性方法的研究进展，并针对每种方法介绍了相应的复合材料制备实例。
讨论了各种改性方法的作用原理，并对其优点和缺点进行了比较。
最后对碳纳米管增强聚合物纳米复合材料的发展前景做了展望。
关键词：改性方法碳纳米管复合材料研究进展中图分类号：tb383 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）005-118-031 前言自从1991年碳纳米管被iijima发现以来，其凭借出众的力学、电学、热学、化学性能、极高的长径比（100—1000）以及纳米尺寸上独特的准一维管状分子结构，表现出运用在未来科技领域里所具有的巨大潜在价值，迅速成为物理、化学、材料科学领域里的研究热点。
碳纳米管是由很多碳原子组合在一起形成的石墨片层卷成的中空管体，根据其石墨片层数的不同，可分为单壁碳纳米管(swnts)和多壁碳纳米管(mwnts)。
由于碳纳米管主要由碳元素组成，与聚合物的成分相似，所以可以使用cnt来增强聚合物纳米复合材料。
随着的生产cnt方法越来越简便，其价格也越来越便宜，这种方法相对于在聚合物中添加含碳填料来改善聚合物性能等传统方法，改性效果更好，市场需求更广，经济前景更乐观。
可以预见，在不久的将来cnt将会成为制备聚合物基复合材料的主要原料。
2 碳纳米管的处理由于其自身固有缺陷，碳纳米管从合成到被应用到复合材料中，需要经过纯化和表面改性两个过程。
2.1 碳纳米管的纯化目前合成碳纳米管的方法很多，但无论是经典的电弧放电法，还是新兴的水热法、火焰法、固相复分解反应制备法、超临界流体技术法制备成的碳纳米管都不可避免的被各种无定形碳颗粒、无定形碳纤维和石墨微粒等杂质附着，混杂在一起，影响其纳米粒子独有的小尺寸效应、界面效应、量子效应。
它们的化学性质也相似，不但给后续制备复合材料带来困难，而且使其性能的发挥受到很大的影响，所以必须进行纯化处理。
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用摘要碳纳米管是近年来国内外广泛关注的一类纳米材料，具有一维特征孔道结构，能够有效促进液体分子的传输速率，是理想的海水淡化膜分离材料。
通过将其引入到常用的海水淡化膜基质中，借以提高膜的分离性能，逐渐成为膜分离领域的一个研究热点。
结了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏中的应用研究现状并分析了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏应用中的挑战，探讨了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用潜力。
１碳纳米管的结构与功能Ｋｒｏｔｏ和Ｓｍａｌｌｅｙ于１９８５年首次发现了碳纳米管，直到１９９１年，由Ｉｉｊｉｍａ首次成功制备了碳纳米管。
碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯同轴缠绕而成的柱状或层套状的管状物，碳原子以ｓｐ２杂化为主并混有ｓｐ３杂化。
碳纳米管性能优异，在微电子、生物医药和聚合物复合材料加固等方面应用潜力巨大。
碳纳米管具有独特的本征空腔结构，输水能力超强，水分子在碳纳米管中的传输速度比理论计算的高出几个数量级。
Ｈｕｍｍｅｒ等采用分子动力学模拟水分子在碳纳米管中的流动行为，并提出了水分子在碳纳米管中的快速输送机理：首先，水分子在碳纳米管内部形成强力、规则的氢键，利于水分子快速通过；其次，碳纳米管内腔疏水、无极性，与水分子之间的相互作用非常弱，水分子能够无摩擦地通过碳纳米管。
Ｔｈｏｍａｓ等通过研究水分子在不同直径和长度的碳纳米管内的传输动力学，证明碳纳米管的内径对水分子的传输速度起决定作用。
随着内径的增大，水分子在碳纳米管中的构型逐渐由线性链变为堆叠五边形和六边形，最后成为无规则水流（见图１）。
当碳纳米管内径为０．８３ｎｍ时，水分子成线性链，流速达到最大。
脱盐效果优异是碳纳米管在膜分离技术应用中的另一个重要性能。
碳纳米管的内径和尺寸排阻效应与毛细管行为的临界尺寸相当，能够在内壁形成能垒，只允许水分子通过，而水合离子则需要克服能垒后通过。
碳纳米管的内径对离子截留率的影响至关重要，当内径由０．６６ｎｍ增大到０．９３ｎｍ时，脱盐率由１００％降低到９５％。
多壁碳纳米管的多巴胺改性研究
多壁碳纳米管的多巴胺改性研究1991年日本电气公司的S.Iilima 教授[1]在对电弧放电的石墨棒进行高分辨投射电镜观察时，发现阳极上形成了圆柱状沉积，沉积主要由柱状排列的平行中空管状物组成，管状物直径为纳米尺寸，故称之为碳纳米管（Carbon nanotubes）。
具有独特的结构和物理化学性质, 如低密度、高比模量、高强度、良好的电导性和温度传导性能等。
作为一种高性能的纳米材料，碳纳米管在材料科学、传感技术和生物医学等方面具有广泛的应用前景[2],如作为工程材料的增强相[3]、制作各种分子器件[4]、生物/ 化学传感器、分子探针[5-7]以及作为储氢、储能材料[8-10]等。
但是使用完整的CNTs 来构筑先进的器件仍然是一个难题[10]。
由于CNTs 之间强烈的范德华力存在以及CNTs 大的长径比，使得CNTs 往往集结成束，而且由于CNTs 本身所具有的难溶性和难处理性，极大的限制了其应用性能的研究。
对碳纳米管进行表面化学修饰, 改善其表面性能是解决碳纳米管分散性和溶解性的有效途径[11, 12] 。
化学修饰法是使碳纳米管与改性剂之间进行化学反应,改变碳纳米管的表面结构和状态,达到改性目的。
常用的是强酸或混酸使碳纳米管表面的缺陷氧化成羧基,然后利用醇类或胺类化合物与之作用形成酯或酰胺[13] , 而改善碳纳米管的溶解性和分散性。
然而，混酸改性碳管在引入羧基的同时,碳纳米管的尺寸被截断得较短,降低了其长径比,也破坏了碳纳米管的部分管壁结构。
本实验选用多巴胺以对碳纳米管分别进行共价包覆修饰，而后借助于化学还原法在不同方法改性后的碳管表面沉积纳米银，从而制备碳纳米管纳米银复合材料。
通过TEM、EDS以及FIRT等手段进行表征，研究表明多巴胺和丙烯酸成功的包覆于碳纳米管表面，并对碳纳米管的进一步的功能化提供一个可控的反应平台。
1 实验部分1.1 试剂与仪器多壁碳纳米管（MWNT，直径40-60nm）深圳纳米技术有限公司提供；多巴胺（DA）, Tris-HCl 由Aladrich 提供；丙烯酸，由Alfa 提供。
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种新型纳米材料，引发了广泛的研究兴趣。
由于其优异的力学性能和独特的结构，碳纳米管成为改善传统材料性能的理想增强剂。
本文旨在探讨碳纳米管增强金属基复合材料在力学性能方面的研究现状和发展趋势。
首先，碳纳米管作为增强剂，可以显著改善金属基材料的强度和硬度。
研究证实，当碳纳米管掺杂在金属基复合材料中时，由于其高强度和刚度，可以有效抵抗金属晶粒的滑移和扩散，从而提高材料的抗拉强度和屈服强度。
同时，碳纳米管还能增加复合材料的硬度，因为其针状结构可阻碍位错的运动，从而使材料更难发生塑性变形。
其次，碳纳米管对金属基复合材料的韧性和断裂韧度也有显著的影响。
相比于纯金属材料，碳纳米管可以增加复合材料的断裂韧度。
这是因为碳纳米管具有高强度和高韧性的特点，能够吸收和分散外载荷，在复合材料中形成桥梁效应，提高其韧性。
此外，由于碳纳米管材料表面的高能位缺陷，能够吸附并扩散裂纹的尖端，进一步抑制裂纹的扩展速率，从而提高复合材料的断裂韧度。
不仅如此，碳纳米管还可以提高金属基复合材料的疲劳寿命和耐蚀性。
由于其高强度、高模量和良好的润湿性，碳纳米管可以抵抗金属表面的应力腐蚀和疲劳裂纹扩展，延长金属基复合材料的使用寿命。
同时，碳纳米管还能够吸附和吸收金属表面的有害离子和分子，提高复合材料的耐腐蚀性能。
然而，在实际应用中，碳纳米管增强金属基复合材料还面临一些挑战。
首先，碳纳米管的分散性是影响复合材料力学性能的重要因素。
碳纳米管的高表面能使其易于团聚，在复合材料中形成团簇，导致性能不稳定。
因此，如何实现碳纳米管在金属基复合材料中的均匀分散是当前亟待解决的课题。
此外，碳纳米管与金属基材料之间的界面相互作用也是影响复合材料性能的关键因素之一。
界面的相容性和结合强度直接影响复合材料的力学性能。
寻找合适的界面改性方法和结构设计，以增加碳纳米管与金属基材料之间的结合力，实现优化的界面效果，是进一步提高复合材料性能的重要课题。
改性碳纳米管增强环氧树脂力学性能研究进展
关 键 词 ： 纳 米 管 ； 能 团 化 ； 性 ； 氧 树脂 碳 官 改 环 中 图 分 类 号 ：Ｑ ２ ． 文 献标 识 码 ： 文 章 编号 ：０ ４ ２ ４ （００ １— ０ ６ ０ Ｔ ３ ３５ Ａ １０ — ８ ９ ２ １ ）０ ０ ５ — ６
０ 前Leabharlann 言 而增强 Ｃ Ｔ ／Ｐ复 合材 料 的力 学性 能 ， 内外 采取 Ｎｓ Ｅ 国 多种途 径对 Ｃ Ｔ 表 面进行 改 性 。通常 的方 法 是先 Ｎｓ 对 Ｃ Ｔ 进行 表 面官 能 团化 ，在其 端 口或侧 壁 引进 Ｎｓ 功 能性基 团 以增 加其 水溶 性 ， 提高 Ｃ Ｔ 在 Ｅ Ｎｓ Ｐ中的
摘
要 ： 有 低 密 度 、 强 度 和 高 模 量 等 优 异 力 学 性 能 的 碳 纳 米 管 （ Ｎ ｓ 是 环 氧 树 脂 （ Ｐ 基 体 的 理 想 具 高 Ｃ Ｔ） Ｅ）
增强材 料 ， 而 Ｃ Ｔ 然 Ｎ ｓ在 Ｅ 体 中 分 散 性 较 差 ， 且 其 与 Ｅ Ｐ基 并 Ｐ之 间 难 以 形 成 有 效 的 结 合 界 面 ， 成 为 制 约 这 Ｃ Ｔ／Ｐ复合 材 料 力 学 性 能 进 一 步 增 强 的 关 键 因 素 ， Ｃ Ｔ 行 官 能 化 改 性 则 是 解 决 上 述 问 题 的 有 效 途 ＮｓＥ 对 Ｎ ｓ进
中 国 胶 粘 剂
一
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Ｃ ＮＡ ＡＤ ＨＩ ＨＥＳ ＶＥ Ｉ Ｓ
改性碳 纳米管增 强环 氧树脂 力学性能研 究进展
晁 吉 福 ，吴耀 国 ，刘 燕 燕
（ 西北 工 业 大 学 理 学 院应 用 化 学 系 ， 西 西 安 陕 ７０２ ） １１ ９
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碳纳米管的改性研究进展摘要：碳纳米管因其独特的结构与优异的性能，在许多领域具有巨大的应用潜力而引起了广泛的关注。
由于碳纳米管不溶于水和有机溶剂，极大地制约了其性能的应用，因此碳纳米管的功能化改性就成为目前研究的热点。
本文简要介绍了碳纳米管及其性质作，详细阐述了碳纳米管的改性研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。
关键词：碳纳米管；结构与性能；功能化；共价改性；非共价改性1. 碳纳米管及其性能简介1.1碳纳米管的结构碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是1991年由日本筑波NEC公司基础研究实验室的Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时意外发现的一种具有一维管状结构的碳纳米材料。
因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在的应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。
碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的微管，每层纳米管是一个由碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形平面组成的圆柱面。
根据构成管壁碳原子层数的不同，CNTs可以分为:单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWNT)两种形式。
MWNTs的层间接近ABAB堆垛，其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距（0.34nm）相当。
MWNTs的典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm；SWNTs典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。
与MWNTs 比，SWNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
无论是MWNTs还是SWNTs都具有很大的长径比，一般为100～1000，最大可达到1000～10000，可以认为是一维分子。
CNTs有直形、弯曲、螺旋等不同外形。
在MWNTs中不同石墨层的螺旋角各不相同，由Euler定理可知，在CNTs的弯曲处，一定要有成对出现的五元环和七元环才能使碳纳米管在弯曲处保持光滑连续，而封闭的两端半球形或多面体的圆拱形是由五元环参与形成的。
但是实际制备的CNTs或多或少存在这样那样缺陷，主要缺陷有三种类型：拓扑学缺陷，重新杂化缺陷和非完全键合缺陷。
目前，CNTs的生长机理还不十分清楚，在提出的几种模型中，“开口生长模型”解释了多壁CNTs内层管壁的生长机理。
其基本观点认为CNTs的生长始于原子在催化剂颗粒的表面析出，重排呈管状，此后当周围的碳原子通过碰撞等方式与碳纳米管“开口”端的碳原子结合成键时，CNTs逐渐长长，而当开口端封闭时，CNTs结束生长。
这种模型可解释电弧放电法制备CNTs的生长机理。
图1 碳纳米管示意图：SWNTs（左）与MWNTs（右）1.2碳纳米管的性质CNTs具有最简单的化学组成及原子结合形态，却展现了丰富多彩的结构以及与之相关的物理、化学性能。
由于它可看成是片状石墨卷成的圆筒，因此必然具有石墨优良的本征特性，如耐热、耐腐蚀、耐热冲击、传热和导电性好、有自润滑性和生物相容性等一系列综合性能。
但CNTs的尺度、结构、拓扑因素等相结合又赋予了CNTs极为独特而具有广阔应用前景的性能。
（1）力学性能：CNTs的基本网格和石墨烯一样，是由自然界最强的价键之一，由SP2杂化形成的C=C共价键组成，有着很高的机械强度，其轴向弹性模量目前从理论估计和实验测定均接近石墨烯片，又由于CNTs是中空的笼状物并具有封闭的拓扑结构，能通过体积变化来呈现其弹性，故能承受大于40%的张力应变，所以CNTs具有极高的强度和弹性模量。
理论上测定的单壁碳纳米管的杨氏模量可达1. 28TPa，其弹性模量与金刚石的弹性模量几乎相同，约为钢的5倍，其理论抗拉强度为钢的100倍，而密度仅为钢的l/6；并且具有超高的韧性和可弯曲性，理论最大延伸率可达20%，SWNTs可承受扭转形变并可弯成小圆环，应力卸除后可完全恢复到原来状态。
多壁碳纳米管的杨氏模量为200～400GPa，弯曲张力为14GPa，抗扭曲张力为100GPa。
碳纳米管的强度比其他纤维高200倍，可以经受100万个大气压而不破裂。
CNTs无论强度还是韧性，都远远优于任何纤维材料。
（2）电学性能：CNTs的碳原子之间是SP2杂化，每个碳原子有一个未成对电子位于垂直于层片的p轨道上，因此CNTs具有优良的导电性能。
CNTs的能隙随螺旋结构或直径变化受量子尺寸效应的影响，随着螺旋度和直径的不同，单壁碳纳米管中电子从价带进入导带的能隙可从接近零连续变化到leV，即CNTs可以呈现出金属性、半金属性或半导体性。
此外，电子在CNTs的径向运动受到限制，表现出典型的量子限域效应，而电子在轴向的运动不受任何限制。
CNTs的径向电阻大于轴向电阻，并且这种电阻的各向异性随着温度的降低而增大。
（3）热学性能：CNTs具有良好的传热性能，并且由于具有非常大的长径比，因此其沿着长度方向的热交换性能很高，而其在垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，CNTs可以用来制备高各向异性的热传导材料。
碳的石墨化程度越高，其导热系数越大。
另外，CNTs有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
（4）热学性能：CNTs由于比表面积大，表面能和表面结合能较高，因而表现出很高的化学活性，并且具有优良的电子传导能力，对反应物和产物有吸附和脱附性能以及特殊的空腔立体选择性等诸多性质。
CNTs可吸附大小适合其内径的任意分子，利用其开口顶端的活性作为粒子吸附剂，吸附一些活性高的粒子，做成分子水平的优良催化剂。
此外，碳纳米管还可以作为纳米模板应用在化学合成中，将化学反应限制在一维空间中，是形成纳米级复合物，构筑纳米元件和制备一维纳米导线最有效的手段。
（5）生物相容性：CNTs结构稳定不易降解，而且具有疏水性表面，用于生物医药材料时必须考虑其生物相容性。
研究发现，通过生物分子修饰可显著改善其生物相容性，而且CNTs表面与众多医药分子之间存在较强的π-π作用，因此可望用作药物载体，生物传感器，生物催化剂等，在生物医药领域将会发挥巨大作用。
（6）催化性能：碳材料本身就是一种优良的催化材料，化工生产中有着广泛的应用。
CNTs还具有独特的空腔结构和良好的吸附能力，也是优良的催化剂载体。
因此，CNTs 在催化方面也显示出良好的应用前景。
2. 碳纳米管的改性研究进展虽然CNTs自问世以来一直以其独特的结构和优异的性能成为人们关注的焦点，并在复合材料、场发射器、纳电子器件、SPM探针、催化剂及储氢材料等方面表现出巨大的应用潜力，但只有实现大规模、高纯度的生产才能保证CNTs相关的基础研究和应用探索。
然而，CNTs是一种高分子的无机材料，管与管之间具有较强的吸附力，CNTs 易聚集成束或缠绕，使得CNTs不溶于水和有机溶剂，并且成束难以分散，与其他材料相比，CNTs表面是相对惰性的，这极大的限制了CNTs在各个领域的应用研究。
因此，为进一步发挥和改善CNTs的性能，CNTs的研究方向主要转向CNTs的改性方面或功能化处理方面，CNTs的改性和功能化处理己成为国际CNTs研究的一个重要领域。
CNTs的改性就是指用物理或化学方法对其表面进行处理，改变其表面的物化性质，降低CNTs的表面能，消除其表面电荷，提高其与有机相的结合力；目前已报道的许多改性CNTs的方法大致可以分为四类：CNTs管壁共价键化学改性、管壁及管端缺陷点的化学改性、非共价键改性以及管内填充；根据改性目的的不同，CNTs改性可分为油溶性改性、水溶性改性以及复合材料相容性改性。
功能化修饰可提高CNTs的溶解度，有助于CNTs的纯化，使其结构发生特定的变化，在保持原有特性的基础上产生一些具有反应活性的官能团，从而引入新的性能。
CNTs的功能化方法按其反应机理可分为共价功能化和非共价功能化2种，目前，CNTs功能化研究已逐步发展成为制备具有某些特定功能的CNTs及其复合材料的手段。
功能化后的CNTs不仅保持了原有的特异性质，而且还表现出修饰基团参加反应的活性，为CNTs的分散、组装及表面反应提供了可能。
将共价功能化的CNTs应用到复合材料、催化剂载体、电子器件、光学材料及生物医学等领域当中，逐渐成为一个新的研究热点，引起了科学家的极大兴趣，也使得CNTs在纳米材料的舞台上更加活跃。
2.1碳纳米管的共价键功能化改性理论上讲，CNTs完美的类石墨表面结构具有很好的稳定性和化学反应惰性，但在端头及弯折处存在大量缺陷，这些缺陷部位易被氧化生成羧基和羟基等，从而可与其它的化学试剂发生反应。
共价功能化按功能化的部位可分为端口功能化和侧壁功能化。
一般采用的手段是用浓酸氧化开口，截成短管，使末端或(和)侧壁的缺陷位点带上羧基，然后再进行修饰。
另外，活泼性反应基团如重氮盐或卤素等也可直接与侧壁的SP2杂化碳原子进行反应。
共价改性能够将功能性基团牢固的键合在CNTs表面，但可能会对CNTs的结构和性能造成明显破坏。
下面主要从从碳纳米管的端口与缺陷位置功能化和侧壁功能化两个方面进行阐述。
2.1.1 碳纳米管的端口与缺陷位置功能化改性CNTs的端头是由碳的五元环和六元环组成的半球形，强氧化剂可将端头打开氧化成羧基，从而与其它的化学试剂反应。
而在管壁上CNTs本身就含有一些缺陷位置，如图2所示，五元/七元环对位置缺陷，sp3杂化位置缺陷以及纳米管晶格空位缺陷。
这些原生的缺陷点就很容易通过强酸对管壁的氧化破坏作用而留下空洞，从而连接功能基团。
由于CNTs 端口与缺陷位置的存在，因此可以通过连接不同的化学物质与基团而达到CNTs 的功能化。
CNTs 的端帽处是锥度和曲度最大处，是CNTs 的最择优反应部位，许多研究就是利用这一择优反应打开CNTs 的两端。
CNTs 的共价功能化的研究最初是从CNTs 的化学切割开始的。
1994年Green 等发现，利用强酸对CNTs 进行化学切割，可以得到开口的CNTs 。
他们随后研究表明,强酸处理后的CNTs 在其表面生成了很多—COOH 、—OH 官能团，而且在强酸处理前对其进行超声波预处理，可以增加官能团的数量。
Liu 等首先将单壁碳纳米管用混酸处理得到100～300nm 的短管，接着用体积比为4:1的浓硫酸和30%的过氧化氢氧化，得到羧基化单壁CNTs 。
CNTs 的共价功能化基团可以明显改善CNTs 在有机溶剂与水溶液中的溶解度。
1998年，Hamon 等利用十八胺与单壁CNTs 的酰氯进行反应，得到了CNTs 的十八胺衍生物。