碳納米管因其獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)及化學(xué)等特性，已在眾多領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。隨著碳納米管合成技術(shù)的日益成熟，低成本大量合成碳納米管已經(jīng)成為可能。拓寬碳納米管的應(yīng)用范圍，將具有重大的實(shí)用價(jià)值。
碳納米管無(wú)縫管狀結(jié)構(gòu)和管身良好的石墨化程度賦予了其優(yōu)異的力學(xué)性能，據(jù)理論估算，單壁碳納米管的拉伸強(qiáng)度為鋼的100 倍，而質(zhì)量只有鋼的1 /6，并且延伸率可達(dá)到20%，其長(zhǎng)度和直徑之比可達(dá)100～1000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般材料的長(zhǎng)徑比，因而被稱為“超強(qiáng)纖維”，其性能優(yōu)于當(dāng)前的任何一種纖維，它既具有碳纖維的固有性質(zhì)，包括奇特的電學(xué)性能、很好的柔韌性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及吸附特性，又具有金屬材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，陶瓷材料的耐熱耐蝕性，紡織纖維的柔軟可編性，以及高分子材料的易加工性。正是由于碳納米管具有這些奇特的特性，所以可以作為復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體，賦予復(fù)合材料以優(yōu)異的性能。碳納米管作為增強(qiáng)體增強(qiáng)的復(fù)合材料主要有碳納米管/聚合物復(fù)合材料、碳納米管/金屬基復(fù)合材料和碳納米管/陶瓷基復(fù)合材料三類。
一、碳納米管/聚合物復(fù)合材料
碳納米管具有獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)性能，而聚合物則易于加工、適用性強(qiáng)，將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)可以制備出性能優(yōu)異、用途廣泛的新材料。最近，有報(bào)道碳納米管體積含量占總體積30%～50%的碳納米管/聚合物復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度超過(guò)1.2GPa。另?yè)?jù)報(bào)道，碳納米管/纖維素紙的體積電導(dǎo)率為0.53 Ωcm，在15～40 GHz 的范圍內(nèi)屏蔽效能超過(guò)20 dB，且在30 ～ 40GHz 的范圍內(nèi)電磁波的吸收效能占80%以上，是一種很好的吸波材料。
二、碳納米管/金屬基復(fù)合材料
現(xiàn)在已研究的有碳納米管與鐵基、鎳基、銅基、鋁基、鎂基、銀基等基體的復(fù)合材料，并取得了較好的性能。采用快速凝固法制備的碳納米管增強(qiáng)Fe80P20 復(fù)合材料，由于碳納米管的加入大大提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和電阻，同時(shí)還降低了復(fù)合材料的飽和磁力矩。將催化熱解法得到的碳納米管經(jīng)化學(xué)鍍鎳表面處理后與銅粉混合，經(jīng)分別冷壓、熱壓、軋制和真空退火制成的碳納米管/銅基復(fù)合材料，當(dāng)碳納米管在體積分?jǐn)?shù)為12%～ 15%時(shí)，該復(fù)合材料潤(rùn)滑效果和抑制基體氧化的效果最好，耐磨性也最佳。
三、碳納米管/陶瓷基復(fù)合材料
陶瓷材料具有共價(jià)鍵與復(fù)雜離子鍵的鍵合以及復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，因而呈現(xiàn)耐高溫、耐磨損、質(zhì)量輕和高溫下強(qiáng)度保持率高等優(yōu)異的性能，但陶瓷材料最大的缺點(diǎn)就是脆性，利用碳納米管獨(dú)特的力學(xué)性能，在陶瓷制備過(guò)程中加入一定量的碳納米管，能極大地提高陶瓷材料的斷裂韌性，改善陶瓷材料的脆性，提高其力學(xué)性能，同時(shí)還能很大地提高陶瓷材料的熱學(xué)性能等。