碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种同轴管状结构的碳原子簇，其管径和管与管之间相互交错的缝隙都属于纳米数量级，是一种特殊结构的一维量子材料。根据管壁（由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合形成六边形平面）的层数可以将碳纳米管分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）如图1所示。常用的制备方法包括电弧放电法、激光烧灼法、固相热解法、化学气相沉积法等。

图1.单壁碳纳米管（左）和多壁碳纳米管图（右）

碳纳米管具有独特的结构、高强度、高电导率、优异的力学、电子及光学性能等特性，因此具有相当广阔的市场前景。在光伏光电、超级电容器、生物技术、复合材料、储氢材料、锂电子电池、电催化、仿生肌肉等领域应用比较广泛，也被誉为“新材料之王”。然而，在碳纳米管的研究和实际应用的过程中发现，碳纳米管之间存在较大的范德华力、巨大的比表面积、非常高的长径比和π-π相互作用力，使其在自然状态下通常以纠缠团聚体状态存在，很难在水、有机溶剂和聚合物中均匀分散。除此之外，碳纳米管中存在少量的杂质也是制约其发展应用的另一个拦路虎，商业化的碳纳米管通常是由不同手性、不同直径和不同长度的碳纳米管混合物组成，此外还含有少量的无定型碳、富勒烯等不同结构及金属催化剂颗粒。

        碳纳米管的分散方法主要包括物理分散法和化学分散法。物理分散法主要利用机械外力弱化碳纳米管之间的范德华力，常用的方法有研磨、球磨、超声波等，化学分散法主要有添加表面活性剂、强酸强碱洗涤等。此外还可采用原位合成法制备碳纳米管复合材料。

        研磨作用力较小，虽然可以将碳纳米管团聚体分散于介质中，但对于团聚体本身没啥作用。

        高能球磨较研磨过程具有更高的能量密度，是制备纳米复合材料常用的方法，球磨过程中较高的能量密度，可以打散大的碳纳米管团聚体，打断碳纳米管纤维。但也会在此过程中是短的碳纳米管形成小的团聚体。

        超声分散法是利用超声的空化作用使碳纳米管分散在介质中，是应用较多的方法，该方法操作简单，也不会对样品造成污染。在实际运用中，常与其他方法组合使用，从而高效的获得分散稳定的碳纳米管浆料。

        化学分散法较物理分散法分散效果较好，碳纳米管分散更均匀、更稳定。化学分散法主要分为共价化学修饰法和非共价化学修饰法如图2所示。虽然碳纳米管的分散技术不尽相同，但主要的分散原理是相同的。首先是浸润过程，溶剂对碳纳米管团聚体进行润湿；其次是渗透过程，溶剂渗入碳纳米管团聚体中以削弱碳纳米管之间的各种相互作用力；再次是侵蚀和破裂过程，通过超声、搅拌、球磨等方法使大体积的碳纳米管团聚体分散为小体积的碳纳米管团聚体；最后是扩散过程，被分散好的碳纳米管扩散到整个溶剂体系中。

图2.碳纳米管的表面修饰方法

共价修饰，是通过对碳纳米管管壁缺陷处或者管壁末端进行化学修饰，从而实现碳纳米管功能化。但是，在共价修饰过程中，对于结构完好的碳管，通常还会采用强氧化性酸对其进行表面氧化来引入羧基、羟基等官能团。

       非共价修饰，是利用π-π相互作用、范德华力使分散剂分子吸附、缠绕、包裹在碳纳米管上，不会破坏碳纳米管原有的结构。因此，非共价修饰在大多数情况下，都有利于进一步利用碳纳米管固有的优异性能。非共价修饰还具有分散过程简单的特点，通常只需要将混合好的碳纳米管、分散剂和溶剂放在剪切力(如超声、振荡、球磨等)下处理即可。

       上述介绍的两种分散方法都有各自的优势和不足，为了提高碳纳米管的分散性，同时提高分散效率，还可以将物理法和化学法相结合使用来分散碳纳米管。如强酸氧化加超声波处理超声波处理的同时添加表面活性剂、球磨的同时添加表面活性剂等。

       目前对于碳纳米管的分散也有很多的研究，但要完全均匀分散碳纳米管还存在一定的困难，且工艺链较长。如何简单高效的均匀分散碳纳米管仍是一个难题，使得碳纳米管能发挥其优异的性能。