摘要：综述了碳纳米管复合材料在传感器、电化学、光催化、微波吸收和增强材料等领域的应用。总结了目前研究的不足，指出了碳纳米管复合材料的发展方向。
关键词：碳纳米管;碳纳米管复合材料;协同;增强体
能源、材料和信息是三个最有前途的发展和潜在应用领域。材料科学受到广泛关注，是新技术革命的重要支柱。相对简单和传统的材料已经不能满足人们生活的实际需要，于是人们对材料的性能提出了更高的要求。人们将两种或两种以上具有不同物理化学性质的材料按一定比例组合成多相体系的固相材料，这种固相材料就是一种复合材料。对于纳米材料来说，三维空间中至少有一维在纳米尺度范围内，或者作为基体单元的材料与宏观材料具有不同的性质。碳纳米管作为其中的一种纳米材料，其独特的结构和优越的性能引起了人们的广泛关注，并迅速成为纳米复合材料的研究热点。目前，碳纳米管复合材料的研究在理论和实验上都取得了较好的进展。
一、碳纳米管复合材料的应用
（一）传感器领城的应用
近年来，许多研究者致力于复合材料检测传感器的研究，但由于测量范围小，数据分析复杂，大多数传感器尚未得到广泛的应用。碳纳米管的出现解决了这些问题。碳纳米管具有良好的导电性和高的载流能力，可以形成导电网络来检测复合材料。结果表明，碳纳米管吸附气体，在碳纳米管与被吸附气体之间产生电子交换，表现出不同的电学性质，因此，研究人员使用不同的碳纳米管复合材料来制作不同的传感器。李利花等人以载于多壁碳纳米管和Nafion上的RuO2纳米颗粒为固定剂，通过水热法制备了一种新型的无酶葡萄糖传感器，将复合材料用于玻碳电极表面修饰。该复合修饰电极对葡萄糖反应电流明显，灵敏度高，反应时间短，稳定性好。它可以方便地检测糖尿病患者的血糖含量。钱开友等人采用硅阳极变形膜和碳纳米管阴极研制出了碳纳米管场发射压力传感器。其中碳纳米管阴极由低阻硅基底上生长的碳纳米管阵列组成，利用湿法刻蚀来控制阳极窗口大小及厚度。结果表明，当阳极变形膜受压变形时，阴阳极之间的距离会发生变化，最终导致发射电流也随之改变。万莉结合了三维编织复合材料的生产过程，利用碳纳米管传感器来检测三维编织复合材料的缺陷，并成功地发现了三维编织复合材料的内部缺陷的位置和大小。孙建东等首先采用自组装法制备了碳纳米管修饰的叉指电极。再对甲苯磺酸原位掺杂聚苯胺，使得在修饰电极表面生长聚苯胺，并用葡萄糖氧化酶固定。研究表明，复合生物传感器的响应灵敏度具有良好的重现性和稳定性。
（二）电化学方面的应用
大量研究表明，碳纳米管具有超高的导电性和显著的灵敏度。碳纳米管可以显著提高复合材料的导电性，并赋予其一定的智能性能。为了获得优良的电极材料，一些研究小组利用化学修饰电极设计了许多碳纳米管掺杂复合材料。不同的改性方法对电极材料的改变不同，其应用价值很大。有学者制备了MWCNTs-Nafion膜修饰铂电极。结果表明，修饰铂电极对铁氰化钾有明显的电化学增强作用。由于多壁碳纳米管比表面积大，采用特定膜修饰电极可以提高电子传递效率，增加测定的峰值电流，从而提高灵敏度有助于检测低浓度物质。以二氧化钛纳米颗粒为前体，采用碱性水热法制备了钛酸盐纳米管和碳纳米管复合纳米材料。结果表明，钛酸盐纳米管完全转化为钛酸盐纳米管与碳纳米管结合良好，引入纳米管可以提高钛酸盐纳米材料的电导率和电化学性能。
（三）光催化领域的应用
近年来，由于大气中二氧化碳浓度的增加和温室效应的增加，如何将二氧化碳转化为大气中可利用的资源成为研究热点。通过光催化转化为烃类燃料是资源综合利用的一种有效形式。碳纳米管复合材料由于其优异的导电性和对金属氧化物的催化活性，已被证明是提高光催化活性最有效的材料之一。在光催化材料研究的基础上，许多研究小组开发了许多碳纳米管复合光催化剂。采用溶胶.凝胶溶洞热法制备了不同负载能力的碳纳米管二氧化钛纳米复合材料。结果表明，复合物对紫外和可见光均有较好的吸收率，随着纳米管含量的增加，复合物的吸附性能和亚甲基蓝的光催化活性都有所提高。陈等用水热法合成了铁酸锌纳米管复合材料，在一定条件下用可见光照射降解亚甲基蓝染料，探索复合材料对可见光区的吸收作用。研究发现，碳纳米管表面能够产生高活性的羟基自由基，相互间强作用力减少了光生电子空穴对的复合率，当照射6h后亚甲基蓝染料降解率能达到99%，结果表明复合材料具有高光催化活性。
（四）微波吸收的应用
碳纳米管是理想的准一维纳米材料，从可见光到红外波段，碳纳米管都有良好的吸收波特性。在微波频率下，高的磁导率实部与虚部以及与之相适应的介电常数是构成宽频带吸波材料的基础，而碳纳米管的微波磁导率相对较小，限制了其作为微波吸收材料性能的进一步提高，因而纯碳纳米管微波吸收性能较弱。人们期望通过功能化碳纳米管，优化及开发新性能，获得强吸收，宽频带碳纳米管微波吸收材料。目前，国内对碳纳米管吸波材料的研究主要集中在碳纳米管薄膜、磁性金属（合金）/碳纳米管复合材料、碳纳米管/聚合物复合材料、碳纳米管/硅化物复合波材料和碳纳米管中气体等离子体微波吸收材料等方面，其中对碳纳米管/聚合物复合材料微波吸收特性的研究尤其受到广泛的关注。
二、碳纳米管复合材料的研究趋势
综上所述，碳纳米管复合材料在催化剂、电化学、传感器、微波吸收材料和增强材料等领域有着很大的应用空间，但在生命科学和光能材料的研究开发中应用相对较少。此外，国内外许多研究机构对碳纳米管复合材料的研究还存在许多不足之处。例如，碳纳米管增强复合材料的机理和机理尚不清楚，如何影响复合材料的性能也不清楚。其次，为解决上述关键问题，应将模拟与实践相结合，研究碳纳米管复合材料的宏观和微观效应，建立多尺度模型，对材料的物理和化学性能进行详细分析，研究材料的综合性能。
参考文献：
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