引言：随着当今科学技术的不断发展，各种的高分子材料不断涌现，而高分子材料的改性技术也在不断提升。在高分子材料改性技术之中，碳纳米管所发挥的作用不容小觑。因此，对碳纳米管在该技术之中的应用进行研究，可进一步促进该技术的良好应用与发展。

1 碳纳米管结构

    碳纳米管有着比较特殊的结构形式，它是通过单层石墨片或者是多层石墨片卷曲而形成的一种无缝壳层管状结构，碳纳米管的直径在零点几到几十纳米之间,每一个管壁侧面的组成部分都是六边形的碳原子，封顶部分是五边形的碳原子，碳纳米管的长度可以达到数微米，甚至可达到毫米级别。碳纳米管的长径比很大，就量子力学观点来看，在碳纳米管之中，所有的碳原子都被限制在了径向纳米尺寸之中，其中的电子可以形成具有离散特征的量子化能级以及具有束缚态特征的波函数，量子物理效应也就由此而产生，进而影响系统的物理学性质和化学性质^[1]。同时，因为碳纳米管的拓扑结构具有封闭式特征，其螺旋结构也呈现出不同状态，这些因素也都使其具有了一系列独特的特点，大量十分特殊的性质也就由此形成。

2 碳纳米管特征

2.1超高的力学特性

在碳纳米管之中，基本网格的组成共价键是sp杂化所形成的共价键，该共价键在自然界之中属于最强的一种共价键，在所有刚度已知的结实材料之中，它是刚度最高的一种，其强度可以达到钢强度的一百倍，但是其比重仅仅可以达到钢比重的六分之一。因为碳纳米管之中有着空笼状的结构以及封闭式的拓扑构型，这就使其具备了十分强大的抗张拉性能以及可弯曲性能。通过对碳纳米管进行悬臂梁震动测量可以发现，其杨氏模量可以达到1TPa，和金刚石之中的杨氏模量相近。由此可见，碳纳米管的力学性能十分优良，而碳纳米管也正是凭借着这样的优势被认为是理想型的复合材料结构增强体。

2.2独特的电学性质

    在碳纳米管之中，电子仅仅可以沿着单层的石墨片做轴向运动，因为径向运动受到了限制，所以碳纳米管之中的电子波适量始终与轴向一致。且由于量子物理对其产生影响作用，在直径以及网格结构不同的情况下，碳纳米管之中的电子在由价带进入到导带的过程中，其能隙可以由原来的与零接近转化到1ev。也就是说，碳纳米管的导电性可以达到金属级别、半金属级别或者是半导体级别^[2]。另外，如果将碳纳米管的直径或者是网格结构加以改变，其传导性也会随之发生变化。因此，将碳纳米管所具备的良好电学性质加以合理利用，使其成为功能增强体，这样将会大幅度提升材料的电磁屏蔽性能或者是导电性能。

3 碳纳米管在高分子材料改性技术之中的应用

因为碳纳米管本身所具备的特征十分奇异，所以在最近的十几年来，相关专家学者对于碳纳米管的应用，尤其是在高分子材料改性技术之中的应用进行了大量研究。经研究发现，在高分子材料的改性技术之中，碳纳米管的应用主要体现在三个方面，其一是将碳纳米管用作高分子材料的增强体，其二是将碳纳米管用来改善高分子材料的导电性能，其三是将碳纳米管用来改善高分子材料的光电性能。以下是对碳纳米管在高分子材料改性技术之中的应用进行具体分析。

3.1将碳纳米管作为高分子材料的增强体

通过对碳纳米管所具有的力学性能理论及其实践研究发现，碳纳米管的力学性能十分良好，所以可将碳纳米管用作高分子材料的增强体。X.Y.Gong等在研究过程中，首先将碳纳米管用表面活性剂进行修饰，然后将其加入环氧树脂之中，在对碳纳米管-环氧树脂进行动态力学性能的研究之中发现，如果碳纳米管的加入质量是1%，环氧树脂弹性模量将会提升30%^[3]。C.Bower等在对复合材料之中碳纳米管形变进行研究时发现，因为碳纳米管有着很大的弧度弯曲，所以在侧壁出现起皱现象时，可对能量起到极大的吸收作用，进而显著提升高分子材料的强度。M.Chapelle等通过不同方法来获得单壁碳纳米管，并对单壁碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯这种复合型高分子材料进行制备，在这种复合材料之中，因为单壁碳纳米管与聚甲基丙烯酸甲酯之间会产生相互作用，将会导致其拉曼光谱振频的变化，因此，通过拉曼光谱研究可以发现，当碳纳米管进入到了聚合物之中时，聚合物组织及其机体结构将会发生有效改变。贾志杰等学者通过原位复合法来实现PA6/CNTs以及PMMA/CNTs高分子复合材料的合成，经研究发现，相比较不添加碳纳米管的高分子材料而言，这种材料在机械性能方面得到了显著提升。在M.S.P.Shaffer所进行的PVA/CNTs制备研究之中，也发现了碳纳米管的应用带来了类似的性能改善。

3.2用作功能性碳纳米管高分子复合材料

    因为碳纳米管的导电性能以及发光性能都十分显著，所以在具体的应用之中，可以将其用作功能性碳纳米管高分子复合材料，通过这样的方式，不仅可以让高分子复合材料实现强度的显著提升，也可以让材料化学性能得以极大改善。在H.Ago等学者的研究之中，通过碳纳米管和聚苯乙炔之间的多层复合法来进行夹心高分子复合材料的制备，因为碳纳米管可以和聚苯乙炔之间形成十分复杂的网络结构，且电子内部也有相互作用的存在，所以碳纳米管和聚苯乙炔之间的接触也就比较好，可用来进行高效光电元件的制作，这种光电元件的光子效率可以达到ITO标准效率的两倍。M.Gao通过电沉积法进行了聚苯胺包覆碳纳米管的制作，通过碳纳米管，可以给聚苯胺这种导电聚合物提供骨架，有效提升其力学强度、电导性能以及热导性能在这种高分子复合材料之中，碳纳米管膜电导可以达到每立方厘米1000S，较纯聚苯胺的电导整整高出了一个数量级，因此，这种膜可以在电压电池之中以及发光二极管之中发挥出良好的应用功能。在J.Sandler等学者的研究中，在环氧树脂之中掺假了碳纳米管，经研究发现，在仅仅掺入0.1体积的碳纳米管之后，该高分子复合材料的导电率就可以高达每立方厘米10^-2S，进而成为一种有着很好防静电屏蔽效果的材料。在I.Muss等学者的研究过程中，合成了一种聚（3-辛基噻吩）-碳纳米管复合材料，经研究发现，相比较没有添加碳纳米管的材料而言，其导电性能提升了两倍。B.Z.Tang等学者通过原位聚合法进行了碳纳米管-聚苯炔复合材料的合成，经研究发现，这种高分子复合材料的光稳定效应十分显著，即使是在强光辐射的情况下也不会发生降解。

结束语：

    综上，本文主要对碳纳米管在高分子材料改性技术之中的应用进行分析，通过分析发现，由于碳纳米管自身的性能十分特殊，所以将其应用到高分子材料的改性技术之中，将会让高分子材料的性能得到合理改进。将碳纳米管应用到高分子材料改性之中，主要可以用作高分子材料的增强体，可以用来改善高分子材料的导电性能，同时也可以改善高分子材料的光电性能。因此，在高分子材料的研究和制备过程中，应该注重碳纳米管的合理应用，这样才可以有效提升高分子材料的改性技术，促进高分子材料研究的进一步发展。

参考文献：

[1]杨斌,李云龙,王世杰, 等.拉应力下碳纳米管增强高分子基复合材料的应力分布[J].材料工程,2020(2):79-86.

[2]付海,李航,尹晓刚, 等.碳纳米管/导电高分子功能复合材料的合成与应用[J].功能材料,2019(8):8076-8083.

[3]杜珩,李敏亮.改性碳纳米管专利技术综述[J].广东化工,2018(17):93-94.