碳納米管的側壁由片層結構的石墨組成，碳原子的sp2雜化形成高度離域的П電子。這些π電子可以用來與含有П電子的其他化合物通過π-π共軛、配位效應以及范德華力等非共價鍵作用相結合，得到功能化的碳納米管。與共價功能化修飾不同，這種非共價鍵功能化方法不會對碳納米管本身結構造成破壞，從而得到結構保持的功能性碳納米管。

聚合物功能化、環糊精功能化、生物分子功能化、金屬及金屬化合物的載體。

  在復合材料領域，由于碳納米管具有較小的質量密度、大的比表面積和中空結構、高的熱穩定性和化學惰性,使其在催化劑載體應用方面也具有很大的潛力。碳納米管基復合材料包括填充型和包覆型兩種。

1、填充型碳納米管基復合材料

  利用碳納米管中空的結構，可以對其內部進行填充，形成納米級復合物、構筑納米元件和制備納米導線。1992年，通過計算機模擬，推論出碳納米管通過毛細作用可被液體填充,隨后大量關于碳納米管填充方面的研究便相繼展開。通過4步填充法，填充了熔融的AgNO3金屬鹽，發現有2~3%的碳納米管被填充，且這些被填充的碳納米管直徑均大于4nm。而一些表面張力小的礬鹽、鈷鹽和鉛鹽則可以在1~2nm 的碳納米管中發生毛細作用，他們認為這可能與毛細作用的直徑選擇性有關,特定的物質只能選擇性的進入特定尺寸的碳納米管中，而實際制備的碳納米管往往有一定的直徑分布，所以某種特定的填充物質只能選擇性的填充進入特定直徑的碳納米管內。曾經用低熔點的金屬鉛蒸發在碳納米管的表面，然后在空氣中400℃加熱30 min，發現有不到1%的碳納米管內有鉛填充，而在相同溫度下于真空環境中加熱，則沒有鉛化合物填充進碳納米管內，因此，他們認為高表面張力的物質與氧或碳生成低表面張力化合物是使其填充到碳納米管中空管內的前提。

2、包覆型碳納米管基復合材料

  包覆型碳納米管基復合材料，根據包覆在碳納米管壁上的物質不同，可分別使碳納米管基復合材料具有更好的力學、磁學、光學、電化學等性質。在碳納米管壁表面包覆金屬，將進一步改善其導電性、耐腐蝕性、潤滑性等物理性能，可作為改善的導電材料，還可作為耐腐蝕、耐磨涂層、微波吸收材料等。由于碳納米管本身具有較高的比表面積，因此金屬顆粒具有較高的分散性，從而使得這種復合材料有很高的催化活性，可應用到納米電子儀器、燃料電池和磁性記錄等方面。

  制備碳納米管/金屬復合材料的方法有許多種，如:化學鍍法、模板電化學沉積法等。早期所用的化學鍍法需要對碳納米管進行氧化處理，過程繁瑣。后期所用的化學鍍法和電化學沉積法使實驗過程得到簡化,采用一步活化法制備了碳納米管/過渡金屬復合材料。近年來，科學家們規避前期制備的缺點，研制出更多制備碳納米管/復合材料的新方法。通過基底增強無電沉積法可將一些過渡金屬(Ag，Pt，Pd)納米粒子沉積在碳納米管上。在此實驗過程中，基底還原電勢比金屬離子低，導致金屬離子還原成為納米粒子包覆到碳納米管上，這種方法制備的碳納米管/復合材料在傳感、催化體系中有潛在應用。采用濕法化學過程，如將碳納米管和0.1%的SDS溶液混合超聲，通過銀鏡反應將Ag 包覆在碳納米管外壁。碳納米管/單金屬復合材料有良好的性能，隨著現代工業的飛速發展，具有更優良性能的碳納米管/合金復合材料也引起了人們的普遍關注。

  金屬氧化物有著許多優良的性能，如可作為電極材料(SnO，ZnO)，半導體TiO，ZnO，Cu2O)，磁記錄材料(Fe2O3，Fe3O4)，光催化劑(Cu20，ZnO，CeO2),和熒光材料(Eu203)等。它們和碳納米管復合具有更好的應用價值，其復合方法多種多樣。等通過溶劑熱合成碳納米管/Fe;0n復合材料，該材料也可通過熱分解法制備。碳納米管/Cu2О復合材料可用作可見光下的催化、傳感器和高密度電子儀器等。用甘油作還原劑和溶劑，使碳納米管上聯結許多羥基官能團，即采用多羥基化合物過程”制備了碳納米管/Cu0復合材料。碳納米管ZnO復合材料具有比ZnO材料或碳納米管與ZnO的混合物更好的光催化作用，在光催化領域將有重要的應用前景，其制備方法也是多種多樣的。等利用SDS 的吸附作用通過化學反應將ZnO 納米粒子沉積到碳納米管上。用模板法將ZnO膜通過電弧技術沉積到碳納米管模板上.用表面吸附劑(SDS)非共價修飾碳納米管，通過靜電作用將ZnS，CdS，Ag2S和HgS吸附到碳納米管上，制備了碳納米管/硫化物復合材料。

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