CNTs/TPU复合材料的制备与性能研究(3)
（2） 碳纳米管的低表面能
碳纳米管本身就具有低表面能，有文献报道在平行排列生长的碳管阵列方向沉积具有低表面能的聚四氟乙烯，由于该方法综合实现了低表面能表面和粗糙表面结构的双重优势来构筑超疏水表面，因此其接触角高达168°。利用碳管/聚合物复合材料来制备疏水表面越来越受到人们的广泛关注。Deng等利用有机小分子3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-tridecafluoro-1-octanol (C6F13CH2- CH2OH)分子中的羟基与酰氯化后的羧化碳管进行反应来功能化碳管。类似地，Georgakilas等采用具有长链全氟烷烃链的硅烷偶联剂接枝到碳管表面上，并将此改性碳管共混到高分子基体中获得了疏水表面。但至今尚未有将多氟取代的聚合物接枝到碳管上的报道。在碳纳米管的管壁接枝了低表面能的含氟聚合物，进而利用含氟聚合物共价包裹的碳纳米管来取代羟基化的碳纳米管来降低所制备聚合物复合膜的表面自由能。同时，采用溶剂蒸气刻蚀法使掩埋或分散在聚合物基体中的碳纳米管端部或部分管体裸露在复合膜表面，以获得表面粗糙度高以及表面自由能低的具有良好疏水性能的复合材料表面[5]。
（3） 碳纳米管的其它性能
在碳纳米管内，由于电子的量子限域所致，电子只能在石墨片中沿着碳纳米管的轴向运动，因此碳纳米管表现出独特的电学性能。实验发现根据其直径和螺旋度的不同，它既可以表现出金属性又可以表现出半导体性。由于碳纳米管的尖端具有纳米尺度的曲率半径，在相对较低的电压下就能够发射出大量的电子，因此碳纳米管呈现出优良的场致发射特性，非常适合于用作各种场致发射器件的阴极。Matsumoto等在直径为20~30 nm的硅尖端催化生长单壁碳纳米管，并将其用于场发射研究，实验结果表明单壁碳纳米管发射极的发射阑值仅为传统硅发射极的1/50~1/10[6]。
另外，碳纳米管很高的热稳定性和化学稳定性，优异的热传导能力、超导性能和光学性能等也引起了人们极大的关注。
1.1.3 碳纳米管的用途
碳纳米管的特殊结构和优越的性能决定了它在很多领域的广泛研究和应用。在电子学和光学领域，可以做光电子器件等。碳纳米管在高温下非常稳定，因此可以用来进行限制反应来制备一文纳米晶体。实验证实，用碳纳米管参与反应，在适当的反应温度下可制备多种金属碳化物的一文纳米晶体。进一步将其应用于制备氮化物，可制备出具有完善晶体结构和良好发光性能的氮化稼纳米棒，使其在光电子领域找到应用。单壁碳纳米管尖端具有纳米尺度的曲率，并且存在着空键或五元环和七元环而使化学活性较大，而且由于碳纳米管本身具有刚性大、化学惰性，可以是良导体，故是较佳的发射极。碳纳米管的场发射电流密度比较高，适用于电子显示。用碳纳米管制作电容，具有高功率、长周期和结构完整的特点。碳纳米管是极具潜力的储氢材料。世界范围内的能源短缺和环境污染等问题严重，人们迫切需要洁净的新能源。而氢能以丰富的资源和独特的优势引起人们的广泛注意。氢能利用的关键是氢的存储。氢的存储率必须达到6.5%才能有利用价值。金属合金系储氢材料远达不到此要求。液氢虽然可以达到此项要求，但氢液化需消耗25%-45%的氢能。而单壁碳纳米管表面具有分子级细孔，内部也存在细孔，比表面积较大，气体可以在单壁碳纳米管中凝聚，因此可以吸附大量气体，SWNT是极具潜力的储氢材料。
碳纳米管在复合材料领域的应用研究较多且推广价值和市场潜力最大。碳纳米管的结构是比较完整的碳网格，而且缺陷很少，它的强度接近于碳碳键的强度。理论计算表明，碳纳米管的杨氏模量与其直径以及螺旋角无关，杨氏模量和剪切模量与金刚石的相同，强度可以达到1.0 TPa。纳米管阵列在轴向的模量与单根相差不大，并且具有直径小、长径比大的特点，因此可以作为超强纤文，用作高级复合材料的增强体或者形成轻质、高强的绳索，可用于宇宙飞船及其它高技术领域，并且由于碳纳米管的优良的热、电和光学性能，在提高材料的力学性能的同时，赋予并提高材料在热、电和光学方面的性能。