碳纳米管是由单层和多层石墨烯片层构成的一维纳米管状材料，具有机械强度高、化学稳定性好、导电性和电磁屏蔽性好等优点，被认为是高性能复合材料的理想填料。然而，碳纳米管表面缺乏活性基团，分散性差，加工困难，限制了其实际应用。因此，研究人员通过表面改性来提高碳纳米管的溶解性和分散性，同时，通过化学或物理方法将所需的功能基团连接到碳纳米管表面，制备多功能的功能材料。目前，碳纳米管表面改性已成为一个热门的研究领域。

      碳纳米管表面功能化改性主要分为有机改性、机械改性和无机包覆。

1.有机改性

      碳纳米管的有机改性和表面改性主要包括共价改性和非共价改性。

（1）碳纳米管表面共价改性

      碳纳米管表面共价改性是利用化学反应在管壁上引入新的共价键，以优化碳纳米管的性能。主要反应包括氧化反应、自由基加成、电化学反应和热化学反应等。氧化反应是通过化学方法引入极性较大的羧基或羟基，从而在碳纳米管表面产生活性基团，然后再通过共价交联反应引入不同的功能基团。

（2）碳纳米管的非共价修饰

      碳纳米管的非共价修饰是指不在表面引入共价化学键，而是通过非共价键修饰，包括物理吸附和表面包覆。非共价相互作用包括色散力、氢键、偶极矩力、π-π堆积和疏水相互作用。碳纳米管中的碳原子均进行SP2杂化，形成高度离域的π电子，这些π电子可以通过π-π堆积与其他富含π电子的化合物进行修饰。

      非共价修饰不仅可以在碳纳米管表面引入聚合物，还可以引入表面活性剂改变表面活性。表面活性剂由亲油端和亲水端两部分组成。

      非共价修饰的优点是获得的碳纳米管结构完整，保留其原有性能。

2. 机械改性

      机械改性是指利用外力对碳纳米管进行表面改性，以优化其性能。机械改性方法包括研磨、摩擦、振动等。上述物理方法可以提高碳纳米管的内能，并在一定的外界条件下与某些物质发生反应，从而实现表面改性。

      机械改性的优点是简单、快速、成本低。 缺点是研磨过程中难以控制，易形成晶格缺陷，导致碳纳米管长度过短而失去原有性能。

3. 无机包覆

      碳纳米管的无机包覆方法主要包括原位液相合成法和气相沉积法。

（1）原位液相合成

      原位液相合成是指在液相条件下，在碳纳米管表面原位生成新的物质，这些物质主要为有色金属氧化物。利用碳纳米管表面的无机包覆，一方面可以保留金属氧化物与碳纳米管的优异性能，另一方面可以显著降低碳纳米管的表面能量，从而降低其聚集程度。结晶法分为煅烧结晶法和水热结晶法。

      煅烧结晶法是将金属氧化物前驱体在水溶液中转化为相应的溶胶，吸附在碳纳米管表面，在惰性环境下煅烧，煅烧温度应超过金属氧化物的相变温度。该方法的优点是工艺相对简单。

      水热晶化法是无机涂层研究中比较常见的方法，其优点是所得材料尺寸小且均匀，缺点是生产工艺复杂。

（2）气相沉积法

      气相沉积是指将两种或两种以上的气态原料通入反应器，使原料相互碰撞并发生化学反应，从而制备出新的材料并沉积在基材表面。 

      气相沉积的优点是反应速度快、彻底，沉积均匀，常用于制备核壳结构材料。研究人员利用气化的氧化硅与一氧化碳反应生成β-碳化硅，然后将其均匀沉积在CNTs表面，涂层均匀完整。

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