碳纳米管是随着碳纤维的气相生长制备过程中偶然被发现的,但是当时被当作别的产物而未引起科学家足够的关注。直到1991年,日本电气股份有限公司的饭岛澄男博士在电弧蒸发石墨过程中发现了阳极附近出现的碳纳米管,并对其微结构进行了首次报道,自此之后,碳纳米管逐渐变成了一个全球关注的热点材料。因为其结构及尺寸的特殊性,表现出了超越传统材料的优良力学、热学及电学性能。研究者们通过激光蒸发、电弧放电以及化学气相沉积等方法均制备出高纯度的单壁及多壁管,并且尝试用多种方法将碳纳米管制备成宏观材料,如纤维,薄膜及块体材料等。尤其纤维的应用市场十分广阔,是近年来的研究热点,通常合成碳纳米管纤维的方法有:化学气相沉积原位纺丝、液相纺丝、阵列纺丝等方法。大量文献查阅的结果表明实验测得微观尺寸的碳纳米管具有较高的抗拉强度(13-150 GPa),但制备成宏观纤维后力学性能大幅下降,已报道的强度范围约为0.5-2 GPa,大大低于碳纳米管本身的强度,从而限制了其机械加工能力。本文对碳纳米管微观制备、宏观成型、宏观体力学性能、复合材料制备等方面进行了综述,在此基础上,做了如下几方面研究:利用基线法,以维纶作为基线,差异化制备出了不同厚度及尺寸的碳纳米管基线复合纤维,并通过水煮工艺将维纶彻底去除,获得纯碳纳米管纤维。透射电子显微镜结果表明纤维是由5-10 nm的双壁或多壁纳米管束聚集而成且具有一定取向度,拉曼光谱结果表明SP~3缺陷较低,石墨化程度高,抗拉强度约为1 GPa。运用辊压及加捻工艺对其进行致密化,经致密化之后的纤维抗拉强度平均达5.5 GPa,延伸率为20%以上,平均电导率约为6.7×10~5S/m,相较致密化前性能提升较明显。尺寸稳定性好,50 mm夹距拉伸测试中抗拉性能仍不低于5 GPa。与碳纤维、凯夫拉纤维等高强纤维和已报道的碳纳米管纤维相比,综合强度韧性导电性能都处于领先水平,工艺方法简便,产品稳定可靠,为中试及工业化生产提供了指导性思路。以维纶为基线,制备出碳纳米管长纤维,微观表征结果表明纤维包覆层主要由直径5-15nm双壁和多壁碳纳米管构成管束组合而成,通过水煮工艺去除维纶得到碳纳米管纤维。通过控制加捻的捻度使纤维具有了弹簧结构,抗拉强度达300MPa以上,杨氏模量超过30GPa,断裂伸长率范围为20%-200%,且能量密度超过40 J/g,对比钢弹簧0.14J/g的能量密度具有非常大的优势。对比已报道的碳纳米管弹簧,兼具高强高韧高能量密度的性能,未来有望在诸如汽车、航空航天、机械精密加工等应用领域拥有一席之地。将聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)作为基线,利用碳纳米管高比表面积附着力强(实测值0.2N/mm)的特点,结合基线法工艺制备出碳纳米管/PBO复合纤维。经自然光照实验结果表明随着碳纳米管包裹层厚度的增加,纤维抗拉强力稳定性越好。通过对照实验,在同等条件下500h光照老化试验后,PBO纤维的拉伸载荷只有初始的40%,而碳纳米管/PBO复合纤维依然可以保持初始拉伸强度,表明本文中制备的碳纳米管包裹层可以有效的作为紫外-可见光屏蔽层,而且结合基线法工艺,非常有希望在材料领域进行大规模应用。