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碳纳米复合材料的制备及应用
碳纳米管具有高比强度、高导电性、高热导率、屈服强度高等优良性质，具有极大的应用潜力。但是碳纳米管的应用受到数量、生产成本等制约，为了提高碳纳米管的应用效果，加入其他材料形成复合材料可以提高材料的性能。本文将从碳纳米管、碳纳米管复合材料的制备及应用等方面进行讨论。
一、碳纳米管
碳纳米管是以碳为主要组成的一种纳米管，具有高比强度、高导电性、高热导率、屈服强度高等优良性质，在材料学、电子学、生物医学等方面有着广泛的应用。
1.碳纳米管结构
碳纳米管是由一个或多个层的碳原子形成的，该碳原子按照一定的方式排列形成了一种管状结构。碳纳米管可以分为两种类型：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管是由一个单层碳原子形成的管状结构，多壁碳纳米管则由多个同心圆的碳原子层形成的管状结构。
2.碳纳米管的优良性质
碳纳米管具有很多优良的性质，主要包括以下几个方面：
（1）高比强度
碳纳米管的比强度很高，这主要是由其高屈服强度和低密度所决定的。据统计，碳纳米管的比强度可达到几百到上千GPa/m，是钢铁的百倍以上。
（2）高导电性
碳纳米管是一种良好的导体，具有很好的导电性，导电性能稳定，对电磁波和辐射具有抵御和屏蔽的作用。
（3）高热导率
碳纳米管的热导率非常高，这主要是由于其特殊的结构和碳原子的导热性所决定的。碳纳米管的热导率可达到3000W/mK以上，是铜的10倍以上。
（4）屈服强度高
碳纳米管的屈服强度比其他材料高，其强度仅次于金刚石和碳纳米线，但比这两种材料更加柔韧。
二、碳纳米管复合材料
碳纳米管作为一种新兴材料，其自身的使用存在一些限制，如：碳纳米管的数量较少、生产成本高等。但是，将其与其他材料结合使用，制成复合材料可以最大限度地发挥其优良性质并弥补其局限性，从而扩大其应用领域。常见的碳纳米管复合材料有：碳纳米管增强的金属复合材料、碳纳米管增强的高分子复合材料等。
1.碳纳米管增强的金属复合材料
碳纳米管可以与金属材料结合，形成高强度、高硬度、高耐磨、高导电、高热传导等性质的复合材料。
（1）制备方式
碳纳米管增强的金属复合材料通常采用化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶凝胶法、等离子喷涂法、烧结法等多种方法进行制备。
（2）应用领域
碳纳米管增强的金属复合材料的应用领域非常广泛，主要用于航空航天、船舶制造、汽车制造、电子器件等方面。如：使用碳纳米管增强的铝基复合材料，可以提高材料的强度和硬度，使其在航空航天领域有广阔的应用前景。
2.碳纳米管增强的高分子复合材料
①碳纳米管增强的复合材料
以碳纳米管与高分子材料为基础进行复合，提高材料的力学性能。与单独的高分子相比，碳纳米管增强的高分子复合材料具有更高的强度和模量，同时具有更好的导电性和吸波性能。
②碳纳米管增强复合材料
以碳纳米管为基础，通过化学反应进行表面修饰，增强材料的性能。与碳纳米管增强的高分子复合材料相比，其强度和模量更高，但是导电性不如碳纳米管增强的高分子复合材料。
三、碳纳米管复合材料的应用
碳纳米管复合材料的应用领域非常广泛，以航空航天、电子器件等方面为主。
1.航空航天领域
碳纳米管增强的金属复合材料具有高强度、高刚度、耐腐蚀等特点，完全可以用来制造飞行器的结构件，如发动机叶片、燃烧室外壳、起落架等。
2.电子器件领域
碳纳米管具有极高的导电性质，具有光学性质，在电子器件方面具有广泛应用前景。碳纳米管复合材料可以用于制造柔性电子器件、导电涂料、电磁波屏蔽材料等。
四、结论
碳纳米管作为一种新兴材料，在材料学、电子学、生物医学等领域发挥了重要作用。为了更好地发挥碳纳米管的应用价值，可以通过制备碳纳米管复合材料，提高材料的性能，扩大其应用领域。碳纳米管复合材料具有广泛的应用前景，在航空航天、电子器件等方面都有着重要的应用，将是未来发展的一个重要方向。