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.