簡(jiǎn) 介：
碳納米管（CNT）具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能，骨架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性的納米尺寸的碳質(zhì)管狀物引起了全球物理、化學(xué)和材料等科學(xué)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(zhì)倍受青睞。
碳納米管具有良好的導(dǎo)電性，同時(shí)又擁有較大的長(zhǎng)徑比，因而很適合做導(dǎo)電填料，相對(duì)于其它金屬顆粒和石墨顆粒其很少的用量就能形成導(dǎo)電網(wǎng)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(dǎo)電介質(zhì)加入到涂料中，對(duì)涂料的導(dǎo)電性會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。目前，碳納米管在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用研究主要是通過(guò)改變碳納米管的的結(jié)構(gòu)及含量，改進(jìn)碳納米管在導(dǎo)電涂料中的分散性，以及對(duì)碳納米管進(jìn)行表面處理來(lái)均衡東電涂料的導(dǎo)電性和其他各項(xiàng)性能。
碳納米管的結(jié)構(gòu)：
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(wú)縫、中空納米管（原子排列結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）。按照所含石墨片層數(shù)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(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2）。
碳納米管的性能：
碳納米管因其小尺寸效應(yīng)和獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。一維分子材料和六邊形完美連接結(jié)構(gòu)使碳納米管具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)；較大長(zhǎng)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(dǎo)體和半導(dǎo)體的特性；獨(dú)特的螺旋狀分子結(jié)構(gòu)使碳納米管構(gòu)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(dú)特的光學(xué)性能，良好的熱傳導(dǎo)性，極高的耐酸、堿性和熱穩(wěn)定性。
碳納米管的導(dǎo)電機(jī)理：
以加溴多壁碳納米管微觀體系模型來(lái)研究溴對(duì)多壁碳納米管的作用及導(dǎo)電機(jī)理。溴在多壁碳納米管上的作用主要體現(xiàn)在對(duì)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(duì)電子形成p-π共軛，由于溴的誘導(dǎo)效應(yīng)，使多壁碳納米管內(nèi)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(chǎn)生穴載流子，同時(shí)吸引出的電子仍具有一定的自由移動(dòng)能力，整個(gè)體系的載流子數(shù)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(dǎo)電性。圖3Ⅰ為加溴前的多壁碳納米管以及單質(zhì)溴分子體系模型，管內(nèi)的黑點(diǎn)代表自由電子，分布于管壁之間；圖3Ⅱ代表溴的吸附過(guò)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(dǎo)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(jīng)分散處理的商品碳納米管纏繞成微米級(jí)大小的團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，須細(xì)化處理，以使碳納米管微米團(tuán)分散。處理后的碳納米管在基體材料中形成的導(dǎo)電通路較多，所以導(dǎo)電性較好。碳納米管越穩(wěn)定，團(tuán)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(wǎng)絡(luò)，因而沉降比小的納米碳管能在涂料表面形成較好的網(wǎng)絡(luò)通道，有利于提高其導(dǎo)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(dǎo)電性隨碳納米管管徑的增大而降低。這是因?yàn)橄嗤|(zhì)量的碳納米管中，碳納米管的管徑越細(xì)，其管數(shù)就越多，添加到導(dǎo)電涂料中形成導(dǎo)電網(wǎng)鏈時(shí)，互相接觸的機(jī)會(huì)就越多，從而接觸的機(jī)會(huì)就越多，從而形成的導(dǎo)電通路也就越多，導(dǎo)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(dǎo)電性越好。在碳納米管含量為某一值時(shí)，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(dāng)碳納米管的含量小于逾滲閾值時(shí)，碳納米管在涂料中不易形成導(dǎo)電通路，只有當(dāng)碳納米管的含量大于或等于逾滲閾值時(shí)才能形成較好的導(dǎo)電通路。
Ø 碳納米管的長(zhǎng)徑比
當(dāng)碳納米管的長(zhǎng)徑比約為250時(shí)，其涂料的導(dǎo)電性最好；當(dāng)長(zhǎng)徑比小于250時(shí)，涂料的導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而增強(qiáng)；當(dāng)長(zhǎng)徑比大于250時(shí)，涂料導(dǎo)電性隨長(zhǎng)徑比的增大而減弱。這是因?yàn)樘技{米管長(zhǎng)徑比過(guò)小（小于250）時(shí)，同等條件下長(zhǎng)徑比越小越不易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這也是通常情況下球狀導(dǎo)電填料不如片狀或現(xiàn)狀填料導(dǎo)電性好的原因；當(dāng)碳納米管長(zhǎng)徑比過(guò)大（大于250）時(shí)，長(zhǎng)徑比越大，碳納米管越易相互纏繞，就越難在基質(zhì)材料中均勻的分散，也就越難形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
