簡 介：
碳納米管（CNT）具有優(yōu)異的力學、電學、光學等性能，骨架結構中含有sp3和sp2雜化的碳原子，且在其邊壁和端帽部分存在大量結構缺陷，可與電子給體和電子受體發(fā)生摻雜。故碳納米管以其獨特的結構和電子特性的納米尺寸的碳質管狀物引起了全球物理、化學和材料等科學界的重視。碳納米管作為一種新型的納米材料，其奇異的性質倍受青睞。
碳納米管具有良好的導電性，同時又擁有較大的長徑比，因而很適合做導電填料，相對于其它金屬顆粒和石墨顆粒其很少的用量就能形成導電網鏈，且其密度比金屬顆粒小得多，不易因重力的作用而聚沉。利用碳納米管的這些特性將其作為導電介質加入到涂料中，對涂料的導電性會產生強烈影響。目前，碳納米管在導電涂料中的應用研究主要是通過改變碳納米管的的結構及含量，改進碳納米管在導電涂料中的分散性，以及對碳納米管進行表面處理來均衡東電涂料的導電性和其他各項性能。
碳納米管的結構：
碳納米管是由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無縫、中空納米管（原子排列結構見圖1）。按照所含石墨片層數的不同，碳納米管可以分成單壁碳納米管（Single-wallednanotubes，SWNTs）和多壁碳納米管（Multi-wallednanotubes，MWNTs）。其中，SWNTs由一層石墨片組成；MWNTs由多層石墨片組成，形狀與同軸電纜相似（剖面結構見圖2）。
碳納米管的性能：
碳納米管因其小尺寸效應和獨特的分子結構，具有優(yōu)異的物理化學性能。一維分子材料和六邊形完美連接結構使碳納米管具有質量輕、強度高的特點；較大長徑比及sp2、sp3雜化幾率不同使碳納米管具有優(yōu)良的彈性；直徑、螺旋角以及層間作用力等存在的差異使碳納米管兼具導體和半導體的特性；獨特的螺旋狀分子結構使碳納米管構筑的吸波材料具有比一般吸收材料高得多的吸收率。此外，碳納米管還具有獨特的光學性能，良好的熱傳導性，極高的耐酸、堿性和熱穩(wěn)定性。
碳納米管的導電機理：
以加溴多壁碳納米管微觀體系模型來研究溴對多壁碳納米管的作用及導電機理。溴在多壁碳納米管上的作用主要體現(xiàn)在對多壁碳納米管π電子云的影響。多壁碳納米管上的π電子與溴的p孤對電子形成p-π共軛，由于溴的誘導效應，使多壁碳納米管內的電子云偏向溴，類似于分子的偶極化，多壁碳納米管出現(xiàn)電子離位而產生穴載流子，同時吸引出的電子仍具有一定的自由移動能力，整個體系的載流子數目（自由電子與窄穴）增多，載流子的濃度增大，提高了多壁碳納米管的導電性。圖3Ⅰ為加溴前的多壁碳納米管以及單質溴分子體系模型，管內的黑點代表自由電子，分布于管壁之間；圖3Ⅱ代表溴的吸附過程模型；圖3Ⅲ為加溴多壁碳納米管的共軛體系模型。
碳納米管導電涂料的影響因素：
Ø 碳納米管的分散性
碳納米管具有極大的比表面積，很容易聚集，因此未經分散處理的商品碳納米管纏繞成微米級大小的團狀結構，須細化處理，以使碳納米管微米團分散。處理后的碳納米管在基體材料中形成的導電通路較多，所以導電性較好。碳納米管越穩(wěn)定，團聚現(xiàn)象越少，納米碳管間分散性較好，在基體材料中相互交纏，形成良好的空間網絡，因而沉降比小的納米碳管能在涂料表面形成較好的網絡通道，有利于提高其導電性。
Ø 碳納米管的管徑
涂料的體積電阻率隨碳納米管管徑的增大而增大，亦即涂料的導電性隨碳納米管管徑的增大而降低。這是因為相同質量的碳納米管中，碳納米管的管徑越細，其管數就越多，添加到導電涂料中形成導電網鏈時，互相接觸的機會就越多，從而接觸的機會就越多，從而形成的導電通路也就越多，導電性自然也就越好。
Ø 碳納米管的含量
碳納米管的含量越高，其體積電阻率越小，導電性越好。在碳納米管含量為某一值時，出現(xiàn)逾滲現(xiàn)象（亦稱滲流作用），即逾滲閾值（滲流臨界值）。當碳納米管的含量小于逾滲閾值時，碳納米管在涂料中不易形成導電通路，只有當碳納米管的含量大于或等于逾滲閾值時才能形成較好的導電通路。
Ø 碳納米管的長徑比
當碳納米管的長徑比約為250時，其涂料的導電性最好；當長徑比小于250時，涂料的導電性隨長徑比的增大而增強；當長徑比大于250時，涂料導電性隨長徑比的增大而減弱。這是因為碳納米管長徑比過�。ㄐ∮�250）時，同等條件下長徑比越小越不易形成導電網絡，這也是通常情況下球狀導電填料不如片狀或現(xiàn)狀填料導電性好的原因；當碳納米管長徑比過大（大于250）時，長徑比越大，碳納米管越易相互纏繞，就越難在基質材料中均勻的分散，也就越難形成良好的導電網絡。
