碳纳米管的应用与前景
碳纳米管在生物医学中的应用
碳纳米管在生物医学中的应用随着科技的不断进步，人们对于医学研究的需求也越来越高。
现代生物医学发展离不开新材料、新技术的不断出现。
碳纳米管是一种新型材料，在生物医学的应用上具有非常大的优势。
本文将探讨碳纳米管在生物医学中的应用情况。
一、碳纳米管的基本概念碳纳米管是由碳原子构成的纳米结构材料，其长度可达数个微米甚至更长，而直径只有几纳米。
碳纳米管是具有一定强度和硬度的材料，同时具有导热、导电、化学稳定等特性。
可以说，碳纳米管是一种理想的纳米材料。
二、1、生物传感器碳纳米管可以作为生物传感器的探头，用于检测生物体内的物质，如蛋白质、DNA等。
碳纳米管具有非常高的导电性和化学反应能力，可以通过与生物分子的特异性相互作用来实现检测。
这种技术在癌症、感染等领域有着广泛的应用前景。
2、药物递送碳纳米管有非常好的载体性能，可以使药物在生物体内精准地送达目标区域。
碳纳米管的纳米尺度和生物学特性与生物组织相似，这使得药物可以更好地穿透细胞壁，进入细胞内部进行作用。
3、组织工程碳纳米管可以作为支架材料，促进组织工程的发展。
组织工程是一种将细胞结合到具有生物相容性的材料表面，形成新组织的过程。
碳纳米管在组织工程中可以提供一些新颖的功能，例如增强细胞黏附性、生长等。
4、诊断与治疗碳纳米管可以作为一种新型荧光剂、MRI对比剂和CT成像剂等，从而在医学诊断中发挥重要作用。
此外，在肿瘤的治疗中，碳纳米管可以通过热疗、化疗、放疗等方式来进行治疗，达到更好的效果。
三、碳纳米管的应用前景目前，碳纳米管已经成为生物医学领域中的一种热门研究材料。
随着技术的进一步发展，碳纳米管的应用前景将更加广阔。
例如，利用碳纳米管可以制备出一种高效且环保的一次性生物传感器，这将有助于提高生物监测技术的精度和灵敏度；同时，通过改变碳纳米管的结构和组成，还可以制备出更加多样化、个性化的生物医学材料。
总之，碳纳米管在生物医学中的应用已经取得了很大的进展，同时其未来的发展前景也非常广阔。
碳纳米管在医学中的应用
碳纳米管在医学中的应用随着科技的不断进步，纳米技术在医学、材料学和能源领域等得到了广泛的应用和研究。
碳纳米管作为纳米材料的一种，在医学领域中也有着重要的应用。
本文将从碳纳米管的特性、制备方法、在医学中的应用等方面进行阐述。
碳纳米管的特性碳纳米管是由碳元素组成的一种纳米材料，它的构成为一个或多个同轴的碳层辗制而成。
碳纳米管具有很多优异的物理和化学特性，如强度高、导电性好、导热性好、可控性强、生物相容性好等等。
其中，其生物相容性好是其在医学方面得以广泛应用的前提条件。
碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法有很多种，例如弧放电法、电化学法、化学气相沉积法、热裂解法、等离子化学气相沉积法、湿法化学沉积法、静电纺丝法等等。
其中，化学气相沉积法和热裂解法是最常用的两种制备方法。
在化学气相沉积法中，常采用的是甲烷或乙烯为碳源，通过高温的条件下，将碳源转化为碳纳米管。
而在热裂解法中，则是将碳原料加热到高温状态，使之裂解形成碳纳米管。
碳纳米管作为一种优良的材料，在医学领域中也有着广泛应用。
下面就是它在医学中的具体应用：1. 生物医学材料由于碳纳米管具有优异的生物相容性、高强度、可控性强等优点，因此在生物医学材料领域中有着重要的应用。
例如，在骨科和牙科领域，碳纳米管可以作为植入物的材料，用于改善骨骼和牙齿缺陷等问题。
2. 药物传输载体碳纳米管具有良好的生物相容性和小分子穿透性，因此可用作药物传输载体。
药物可以通过碳纳米管的孔道进入细胞内，从而实现对疾病的治疗。
此外，碳纳米管还可以用作导航标记，辅助定位和治疗。
3. 疾病诊断碳纳米管可以作为纳米标记物用于疾病诊断。
此外，碳纳米管还可以被用于生物成像，从而达到更加精确的诊断效果。
例如，在良恶性肿瘤的诊断中，通过利用碳纳米管作为标记物，可以使得肿瘤细胞更明显地显现，从而实现对肿瘤的早期检测。
总之，碳纳米管在医学领域中具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和完善，碳纳米管作为一种新型的医用材料必将得到更广泛的应用和研究。
碳纳米管在传感器中的应用
碳纳米管在传感器中的应用随着科技的不断进步，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛。
碳纳米管作为一种重要的纳米材料，因其优异的电学、热学和力学性能，在传感器领域中展现出了巨大的潜力。
本文将探讨碳纳米管在传感器中的应用，并深入分析其优势和挑战。
一、碳纳米管传感器的基本原理碳纳米管可以视为一种管状结构的碳材料，具有高度的柔性和导电性。
其应用于传感器领域的基本原理是利用碳纳米管对外界环境的响应产生电学信号。
一方面，碳纳米管的界面活性使其对环境中的气体、湿度、温度等物理和化学参数敏感；另一方面，碳纳米管的高导电性使其能够快速传导电荷，进而转化为可测量的电信号。
通过测量电信号的变化，可以获取到环境的信息。
二、碳纳米管传感器的应用领域1. 气体传感器由于碳纳米管的高度敏感性和快速响应特性，它在气体传感器领域中有着广泛的应用。
利用碳纳米管对特定气体分子的吸附和解吸过程的敏感性，可以制造出高灵敏度、高选择性的气体传感器。
这些传感器在环境监测、工业安全和生物医学等领域发挥了重要作用。
2. 生物传感器碳纳米管在生物传感器中的应用也备受瞩目。
由于碳纳米管的高度生物相容性和大比表面积特性，它可以用于检测生物分子的存在和浓度。
例如，基于碳纳米管的DNA传感器可以快速准确地检测到特定的DNA序列，对于基因检测和疾病诊断具有重要意义。
3. 环境监测传感器碳纳米管传感器在环境监测领域中也扮演着重要角色。
由于其高度灵敏的特性，可以监测空气污染物的浓度、土壤中的有毒物质和水中的重金属等。
这些信息的获取对于环境保护和健康风险评估具有重要意义。
三、碳纳米管传感器的优势和挑战1. 优势碳纳米管传感器具有高灵敏度、高选择性和快速响应的特点，可以实现对不同环境参数的准确测量。
此外，碳纳米管还具有良好的稳定性和可重复性，使得传感器具有较长的使用寿命。
2. 挑战碳纳米管传感器面临着一些挑战。
首先，制备高质量的碳纳米管材料是必要的，这需要解决碳纳米管合成的成本和规模化生产的难题。
【精品文章】碳纳米管应用前景和制备方法浅析
碳纳米管应用前景和制备方法浅析
1991年NEC公司的电镜专家在用高分辨电子显微镜(HRTEM)检查
C60分子时，意外地发现了一些完全由碳原子构成的直径为纳米级的管状物，后来人们把这种管状物称为碳纳米管(carbonnanotubes，简称CNTs碳纳米管)，其分子结构图见下图：
自发现碳纳米管以来，其超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能、潜在的化学性能等使碳纳米管的研究和制备一直是国际纳米技术和新材料领域的研究热点。
一、碳纳米管的前景应用领域
1、信息存储
由于碳纳米管作为信息写入及读出探头，其信息写入及读出点可达
1.3nm(当存储信号的斑点为10nm时，其存储密度为1012bits/cm2,称其为超高密度，比目前市场上的商品高4个数量级)，从而实现信息的超高密度存储,该技术将会给信息存储技术带来革命性变革。
2、制造微电子元件及电路
研究表明，利用化学蒸气沉积，催化剂粒子尺寸控制，碳纳米管定向自组装技术，可以在硅基体上成功实现自定向单分散性的碳纳米管的大规模排列。
通过实验发现这些碳纳米管具有电子场发射特性，同时样品显示了低操作电压和高电流稳定性。
这种制造方法与当前半导体的制作法是一致的，因此这种技术的推广可促进应用于微电子技术的碳纳米管装置的发展。
单电子晶体管是一种可以替代传统微电子元件而应用于未来微电子技术的理想元件。
随着碳纳米管组成的分子导线、二极管、场效应管、单电。
纳米碳管在催化剂中的应用研究
纳米碳管在催化剂中的应用研究一、碳纳米管的简介碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种一维的结构，由碳原子形成纳米尺度的管状物质，在物理、化学、材料科学等领域都具有广泛的应用前景。
碳纳米管单壁的直径通常为1-3 nm，在外径大致相同的情况下，壁厚可以等于单壁厚度，也可以有多壁壁层。
二、纳米碳管在催化剂中的作用催化剂是在化学反应中加快反应速率的物质，它本身并不参与反应过程，而是通过调节反应中的能量变化，实现反应条件的提高，从而促使化学反应的进行。
碳纳米管的结构、性质和表面的化学反应活性使其在催化剂中拥有独特的应用优势。
1. 催化剂支撑材料碳纳米管是一种极其优异的催化剂载体，因其优异的阻塞性能、高比表面积、良好的导电性、高的热稳定性和循环稳定性，使得其可以作为非常理想的催化剂载体来使用。
它可以将催化活性剂稳定地固定在表面上，增加反应过程中的反应基团表面密度，增加反应速率和催化效果。
2. 活性催化剂组分碳纳米管本身也具有催化活性，能够在催化反应中提供表面上的活性位点和催化反应，例如常见的氧化还原反应、还原反应、酯化反应、电荷转移反应等。
在某些反应中，碳纳米管具有比常规催化剂更强的反应选择性，更低的反应温度，更高的催化效率和更快的反应速率。
3. 电催化剂碳纳米管在电化学反应中也具有广泛的应用前景，其能够吸附活性氧和氢气等，从而作为阴、阳极催化剂。
此外，碳纳米管还可以作为超级电容器的核心材料，并且也可以应用在直接甲醇燃料电池中等电化学领域。
三、纳米碳管催化剂研究进展1. 金属催化剂的纳米碳管载体碳纳米管作为金属催化剂的载体具有协同催化作用，为氢化反应、酯化反应、氧化反应等一系列反应提供多种选择。
研究表明，使用纳米碳管作为催化剂载体可以实现对反应活性组分的定向修饰，提高反应性能和催化剂稳定性。
2. 有机功能化纳米碳管催化剂在不同的功能性化物质表面，可以通过非常简单的化学处理方法将这些材料修饰在纳米碳管表面上。
碳纳米管的具体应用
碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构，具有优异的物理和化学性质，因此在众多领域中具有广泛的应用前景。
本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。
1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）场效应晶体管（FET）：碳纳米管可以作为FET的通道材料，具有优异的电子输运性能，可实现高速、低功耗的电子器件。
（2）纳米电子学器件：碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件，如纳米电极、纳米线和纳米电容器等，用于构建超高密度的集成电路。
（3）柔性电子学：碳纳米管具有优异的柔性性质，可以用于制备柔性电子学器件，如柔性传感器、柔性显示器等，为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。
2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：（1）复合材料增强剂：碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂，加入到金属、陶瓷或聚合物基体中，可以显著提高材料的力学性能和导电性能。
（2）催化剂载体：碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质，可作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性。
（3）锂离子电池负极材料：碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能，可作为锂离子电池负极材料，具有高容量和长循环寿命等优点。
3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：（1）药物传递：碳纳米管可以作为药物的载体，通过调控其表面性质和内部结构，实现药物的控释和靶向传递，提高药物治疗的效果。
（2）生物传感器：碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能，可以用于制备生物传感器，实现对生物分子的灵敏检测和诊断。
（3）组织工程：碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程，促进细胞生长和组织修复，具有重要的临床应用前景。
4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）锂离子电池：碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，具有高比表面积和优异的电导率，可提高电池的能量密度和循环寿命。
碳纳米管材料的介绍
碳纳米管材料的介绍碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有许多独特的性质和应用潜力。
它的发现引起了科学界的广泛关注和研究。
碳纳米管具有极高的强度和刚度。
由于碳原子之间的键合非常强大，碳纳米管能够承受很大的拉伸力和压缩力，使其具有很强的抗弯曲性能。
这使得碳纳米管成为一种理想的材料，用于制造轻巧但坚固的结构，如飞机和汽车部件。
碳纳米管具有优异的导电性和导热性。
碳纳米管内部存在着一维的碳原子排列，使得电子在其内部能够自由传输，形成了高效的电子输运通道。
因此，碳纳米管被广泛应用于电子器件领域，如晶体管和纳米电线等。
同时，碳纳米管还具有良好的热导性能，使其成为制造高效散热器和热电材料的理想选择。
碳纳米管还具有丰富的表面化学活性和高比表面积。
碳纳米管的表面可以通过化学修饰来引入不同的功能团，从而赋予其特定的化学性质和应用功能。
例如，通过在碳纳米管表面引入亲水性团体，可以制备出具有优异吸附能力的纳米过滤器。
而碳纳米管的高比表面积则使其成为一种理想的催化剂载体，可用于提高化学反应的效率和选择性。
碳纳米管还具有良好的光学性能和生物相容性。
由于碳纳米管具有一维结构，使得它们能够吸收和发射可见光和红外光。
这使得碳纳米管在光学传感器和光电器件领域具有广泛的应用前景。
此外，碳纳米管还具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域，如药物传递和组织工程等。
碳纳米管具有多种优异的性质和应用潜力，使其在材料科学、电子学、化学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着对碳纳米管性质和制备方法的深入研究，相信碳纳米管将会在未来的科技发展中发挥更加重要的作用。
碳纳米管的应用与展望
碳纳米管的应用与展望碳纳米管是一种具有非常特殊物理和化学性质的碳纤维材料。
它不仅具有高强度、轻质、导电性、热导性等特点，更重要的是，它的直径只有几个纳米，这意味着它可以在微观尺度下进行修建和设计。
碳纳米管的应用前景十分广阔，涉及到多个领域，下面我们来详细了解一下。
1. 生物医学应用碳纳米管在生物医学领域的应用正在不断深入。
它可以作为一种极好的生物传感器，可以检测血糖、血脂肪等生理指标，从而为疾病的早期诊断提供可能。
此外，碳纳米管还可以被用来修建细胞培养环境，从而促进和加速细胞分裂、增殖和治疗。
同时，碳纳米管还有一定的药物吸附和释放功能，可以用来制造高效的药物递送系统，为治疗癌症、心脑血管疾病、感染性疾病等提供新的思路和方法。
2. 材料科学应用碳纳米管可以作为一种新型的材料为许多现有的应用提供改进或者创新的方式，例如设计更加轻便、高强度的航空器、特种材料，制造更加高效、触发灵敏、环保的传感器，以及改善能源储存和转换等。
此外，碳纳米管还有良好的电子传导特性，可以作为新型的半导体材料，有望对现代电子技术产生深远的影响。
3. 环境保护应用随着全球环保意识的提升，碳纳米管的应用也逐渐受到瞩目。
碳纳米管可以作为一种新型的污染物吸附材料，可以去除空气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物等，还可以去除水中的有害物质，如重金属和有机污染物。
此外，碳纳米管还可以作为一种高效的光催化材料，可以降解污染物，为改善环境质量做出贡献。
虽然碳纳米管在多个领域都有广泛的应用前景和深远的影响，但是在实际应用中，还需要解决一些技术和经济上的挑战。
例如，需要发展更加低成本的碳纳米管制备方法，解决碳纳米管的大规模生产问题；需要开展系统的生态安全评价，了解碳纳米管对环境和人体的潜在风险等。
未来，在科技的推动下，碳纳米管的应用前景必将更加广泛和深入，也必将为社会和人类的可持续发展做出重要贡献。
碳基纳米材料
碳基纳米材料
碳基纳米材料是一类具有特殊结构和性能的纳米材料，由碳元素组成，具有独
特的电学、光学、热学和力学性质。
碳基纳米材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等，它们在材料科学、纳米科技、电子学、光电子学等领域具有广泛的应用前景。
首先，碳纳米管是一种空心圆柱形结构的碳纳米材料，具有优异的导电性、热
导率和力学性能。
碳纳米管可以用于制备导电材料、增强材料、传感器、储能材料等。
其独特的结构和性能使其在纳米材料领域具有重要的应用前景。
其次，石墨烯是一种由单层碳原子按照六角形排列而成的二维材料，具有优异
的导电性、热导率和机械强度。
石墨烯可以用于制备柔性电子器件、透明导电薄膜、超级电容器、锂离子电池等。
其独特的二维结构和优异的性能使其成为纳米材料领域的研究热点。
最后，碳纳米片是一种由多层石墨烯片层堆积而成的纳米材料，具有介于石墨
烯和石墨之间的性质。
碳纳米片可以用于制备导电材料、阻燃材料、复合材料等。
其特殊的结构和性能使其在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
总之，碳基纳米材料具有独特的结构和性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米
科技的不断发展和进步，碳基纳米材料将会在材料科学、电子学、光电子学等领域发挥重要作用，推动科技创新和产业发展。
希望通过对碳基纳米材料的研究和应用，能够为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
碳纳米管的功能
碳纳米管的功能碳纳米管是一种由碳原子排列而成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高热导性等特点，应用领域广泛。
下面将从各方面介绍碳纳米管的功能。
1. 电子学领域：碳纳米管是一种理想的纳米导体，在微电子器件、半导体照明等领域得到广泛应用。
它具有良好的电子传输性能，传输速度快，抗干扰性强，特别适合在高速电子器件中应用。
碳纳米管晶体管、电路板等元件已经被广泛应用于电脑、手机等各种电子设备中。
2. 新型材料领域：碳纳米管具有极高的强度和韧性，比钢铁更为坚固，是一种理想的新型材料。
碳纳米管可以用于制造高强度、高韧性的材料，如碳纳米管增强塑料、碳纳米管复合材料、碳纤维增强复合材料等。
这些材料在飞机、汽车、船舶、建筑等领域有广泛的应用。
3. 催化剂领域：碳纳米管可以作为催化剂载体，提高反应速率和选择性，从而在催化剂领域得到广泛应用。
碳纳米管与金属或金属氧化物复合可以用于氧化还原反应、制备化学品等。
此外，碳纳米管还可与DNA等生物大分子结合，用于生物催化反应等应用。
4. 生物医学领域：碳纳米管具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域中的诊断和治疗。
比如，将碳纳米管表面修饰成靶向特定癌细胞的分子后，可以用作肿瘤靶向治疗。
此外，还可以将药物包裹在碳纳米管内，可以减少药物的毒性和副作用，提高药物的疗效性。
5. 传感器领域：碳纳米管可以用作传感器的探针，具有高灵敏度和高选择性。
比如，利用碳纳米管的电导率随吸附分子量的变化，可以将其应用于气体、溶液等分子的检测。
碳纳米管还可以用于传感器的导电元件，提高了传感器的灵敏度和精度。
综上所述，碳纳米管具有多种功能，并在各个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，碳纳米管的应用将会越来越广泛，也将会带来更多的前沿研究和技术突破。
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单壁碳纳米管的应用与前景 1. SWNTs在现实中的应用： 当材料尺度减少到纳米量级，会产生在宏观尺度上完全看不到的或者是特别优异的性能，达到纳米量级的材料会产生自组装效应、小尺寸效应、表面效应和量子效应。 1.1 储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个重要的角色。氢能量蕴含值高，不污染环境，资源丰富，但氢气能源实用化的关键环节是氢气的储存。因SWNTs的中空部分是极好的微容器，可吸附大小合适其内径的各种分子，可储存包括氢在内的各种气体。通过对SWNTs的吸氢过程研究发现，氢可能以液体或固体的形式填充到SWNTs的管体内部以及SWNTs束之间的孔隙，纯的表面活性高的SWNTs有利于储氢。 1997年，美国可再生能源实验室的Dillon和Heben等人首次报道了SWNTs的氢气吸附性能。他们发现SWNTs在133K和40KPa的压力下能吸附大约5%-10%（质量分数）的氢，并指出SWNTs是目前唯一能满足氢能源燃料电池汽车的储氢材料。Ye等人使用高纯度的SWNTs在80K和10MPa下获得8.25%的氢吸附率。C.Liu等最近使用37%的盐酸浸泡48h和773K真空热处理2h的SWNTs在室温和10-12MPa的条件下获得了4.2%的氢吸附率（样品如图1所示）。我国成会明等也研究了半连续氢等离子弧制得的SWNTs经适当预处理后，在10MPa压力、室温下储氢质量分数可达4.2%-4.7%。这些研究表明，SWNTs是一种理想的储氢材料，具有潜在的应用前景。
（图1）硝酸处理后的SWNTs的SEM（扫描电子显微镜）照片 （图2） 吸附氢的SWNTs结构示意图 （a）所有氢吸附在内表面 （b）以氢分子形式稳定存在于碳管内部） 1.2 电子领域的应用——双电层超级大容器 由于CNTs具有很好的电学性能，特别是经高温退火处理消除部分缺陷后的CNTs，导电性能更高，使得目前关于CNTs的应用研究主要集中在电子领域。我们就以SWNTs来说吧。 德国物理学家亥姆霍兹（Helmhots）在进行固体与液体界面现象的研究中发现，将金属板或其它导电体插入电解质溶液时，由于库仑力、分子间作用力或原子间作用力（共价力）的作用，使金属表面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为双电层。对于双电层电容器，其储存能量的多少是由电容器电极极板的有效表面积确定，而SWNTs具有最大的比表面积和良好的导电性，碳纳米管制备的电极，可以显著提高双电层电容器的电容量。双层电容器的出现使得电容器的极限容量骤然上升了3-4个数量级，达到了近1000F的大容量。双层电容器的工作原理是基于在电极与电解液界面形成所谓的双电层的空间电荷层，在这种双电层中积蓄电荷，从而实现储能的目的。它不同于传统意义上的电容器，而类似于充电电池，但比传统的充电电池（镍氢电池盒锂离子电池）具有更高的比功率？？和更长的循环寿命（循环寿命在万次以上）。 因此，电化学电容器在移动通讯、信息技术、电动汽车、航天航空和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。例如，大功率的超级电容器对于汽车的启动、加速和上坡行驶极具重要。它可以大大延长蓄电池的使用寿命，提高电动汽车的实用性，况且，对于燃料电动汽车的启动都是不可少的。鉴于双电层超级电容器的重要性，各工业发达国家都给予了高度重视。1996年欧共体制定了电动汽车超级电容器的发展计划。美国能源部也制定了相应的发展超级电容器的研究计划。我国清华大学的马仁志等人采用催化裂解内烯和氢气的混合气体制备碳纳米管原料，并通过添加粘合剂或经高温加压的工艺手段制备碳纳米管的固体电极，再加入硫酸水溶液做电解质，成功地制备出超级电容器。 碳纳米管在电子领域应用非常广泛。如可作为导线、开关盒记忆元件，应用于微电子器件。利用碳纳米管的量子效应，在分子水平上对其进行设计和操作，可以推动传统器件的微型化。另外，碳纳米管具有很好的导电性，可以避免因电极材料的电阻极化对电池性能产生不利影响。因此，采用碳纳米管作为负极材料有利于提高锂离子电池的放电容量、循环寿命和改善电池的动力学性能等。
双电层电容器电荷 及电位分布示意图
（图3） 1.3 碳纳米复合材料：尼龙-66/SWNTs 随着SWNTs合成和生成技术的不断发展，SWNTs复合材料的实际运用已近在咫尺。SWNTs的优良性能可望开辟诸多新颖的应用领域，诸如，新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料、导电金属基复合材料以及高断裂应力陶瓷材料等等。而SWNTs是最有特征的一维纳米材料，具有非常独特、十分完美的微观结构和非常大的长径比，且表面积大、柔韧性好，在分子水平上与基质通过化学键连接因此能够被拉伸。 就以尼龙-66/SWNTs复合材料来说吧。尼龙-66（简称PA6,6）是一种具有较高力学性能的缩水聚合型高分子材料，在工业领域和日常生活中得到广泛应用。Haggenmueller等原位界面聚合的方法制备了PA6,6/SWNTs复合材料。SWNTs分别为纯化的、功能化修饰的和表面活性剂稳定的三种，分别用红外、拉曼和TG表征了SWNTs的修饰情况，分散性用光学显微镜观察，结果显示功能化的碳纳米管和表面活性剂稳定的碳纳米管在溶剂里面的分散性都得到了提高，仅功能化的SWNTs在复合材料中显示了较好的分散性，纯化的和表面活性剂分散的SWNTs在复合材料中碳纳米管出现团聚，弱的剪切还导致了SWNTs的凝絮. 其实，碳纳米管复合材料的范围是很大的。我们这里只不过是列举其中的一钟着重介绍罢了。例如，碳纳米管/金属基复合材料就是将碳纳米管与金属基体复合。它包括碳纳米管/铁基复合材料、碳纳米管/铝基复合材料、碳纳米管/镍基复合材料等。碳纳米管/金属基复合材料具有高强度、良好的抗疲劳性能、高抗冲击性以及重量轻等优点。然而，由于其成本相对较高，限制了它的应用，至今主要应用于汽车工业、航空和航天工业。 不过，近年来，碳纳米管复合材料的研究重点已转移到高分子碳纳米管复合材料方面，在提高高分子材料力学性能方面已取得一定进展。如CNTs/PMMA复合材料。PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）是一种被广泛使用、历史较长的加聚高分子材料。由于CNTs具有较好的导电性能，使得CNTs/PMMA复合材料的表面电阻率与体积电阻率随复合材料中CNTs含量的增加而减低，最大减幅达4个数量级，具有一定的抗静电作用。 （图4） 改进原位法复合的复合材料 拉断后扫描电子显微镜照片
1.4 生物医学领域 生物分子如核酸和蛋白质携带着生命过程的重要信息。在生物医学研究和卫生保健中，人们非常希望获得在分子水平上检测和运输特定物质或载体的能力。而当材料达到纳米尺度时，其大小接近生物分子，它们直接与单个生物分子作用，这与传统的宏观和微观器件处理相对大量的分子集合不同。 作为纳米材料，SWNTs的空腔管体可容纳生物特异性分子和药物，优良的细胞穿透性能使其作为载体运送生物活性分子及药物进入细胞或组织。原始的碳纳米管不溶于任何溶剂，而功能化修饰可改善碳纳米管的溶解性和生物相容性，故可携带蛋白、多肽、核酸和药物等分子，亦可作为治疗载体在癌症治疗、生物工程和基因治疗等领域展现出了令人瞩目的应用前景。 SWNTs可作为生物传感器。碳纳米管是传感器件的关键部分，它们在制造过程中被直接或间接地集成到器件中。迄今为止，人们使用了从先进的微纳加工或者是性质随特定生物活动而变化的感应元件，或者是将信号传递给测量单元的转换元件。生物传感器的原理是使用碳纳米管来探测单个活细胞内的生物化学环境或探测单个生物分子。碳纳米管探针可以附着在细长的电极尖端进行电学、电化学和电生理学测量。 除了上述应用外，由于碳纳米管的体积可以小到10-5mm3，医生可以向人体血液里注射纳米碳管潜艇式机器人，用于治疗心脏病。一个皮下注射器能够装入上百万个这样的机器人。它们从血液里的氧化和葡萄获取能量，按编入的程序刺探周围的物质。如果碰上的是红血球等正常的组织细胞，识别出来后便不予理会。当遇到沉积在动脉血管壁上的胆固醇或病毒时，就会将其打碎或消灭，使之成为废物通过肾脏排除。微型机器人可以使外科手术变得更为简单，不必用传统的开刀法，只需在人体的某部位上开一个极小的孔，放入一个极小的机械即可。这一切都是人眼所不能看到的。美国哈佛大学的Lieber等人研制出一种微型纳米钳，有望成为科学家和医生操作生物细胞、装配纳米机械进行微型手术的新工具。
1.5前景 作为当今材料科学领域的明星材料之一，SWNTs独特的结构以及其独特的性能揭示了它在各个领域的潜在价值。它的一些特殊的物理性质、化学性质，在新型功能材料和电子器件方面存在巨大的应用前景，因而人们对它产生了极大的研究兴趣，已成为全世界的研究热点，并给整个社会带来不可估量的利益和影响。 诺贝尔奖获得者的C60发现者之一R.E.Smalley称：“碳纳米管将是价格便宜，环境友好并为人类创造奇迹的新材料。” 现将碳纳米管的可能应用领域简单整理一下： （图5） 尽管碳纳米管已取得巨大的应用与展示出不可估量的前景。但它也面临着几个问题，使得其不能真正的得到工业运用。一是，如何实现高质量碳纳米管的连续批量工业化生产。碳纳米管的制备现状大致是：MWNTs能较大量生产，SWNTs多数处于实验室研制阶段，某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确，对碳纳米管的结构（管径、管长、螺旋度、壁厚等）还不能做到任意调节和控制，影响碳纳米管的产量、质量及产率的因素太多（如催化剂颗粒的大小、碳源的种类、温度、混合气体的种类及比例等），使制得的碳纳米管都存在杂质高、产率低等缺点，还没有高效的纯化碳纳米管的方法。二是，如何更深入研究碳纳米管实际应用问题。例如，在常温常压下如何解析氢气及加快其储氢放氢速度。再如，如何提高碳纳米管吸附容量的稳定性和吸附压力的敏感性。再如，怎样才能，制备出性能更为优异或能预期其性能的碳纳米管复合材料。 另外，碳纳米管对人体存在一定的毒性作用，目前研究主要集中在肺脏毒性和细胞毒性，表现为可引起肺脏炎症、肉芽肿和细胞凋亡、活力下降、细胞周期改变等。其毒力大小与碳纳米管的特性有关，如结构、长度、表面积、制备方法、浓度、剂量等，毒性作用机制可能与氧化应激有关。