[摘要]用碳纳 米管作为扫描隧道显微镜和原子力显微镜的探针，可以极大地提高显微镜的分辨率，而且碳纳 米管具有高弹性,在承受较大的负载时,不易发生脆断,可与被观察物体进行软接触，若为单壁 碳纳米管，还可以进入物体不光滑表面的凹坑处，能更好地显现物体的表面形态，用碳纳米管 作探针，扩展了原子力显微镜等探针型显微镜在蛋白质、生物大分子结构的观察和表征中的 应用。
碳纳米管具有很多独特的性能，它的潜在应用主要在以下几个方面：
作为扫描探针显微镜的探针
碳纳米管作为探针型电子显微镜的探针，是碳纳米管最接近商业化的应用之一。用碳纳 米管作为扫描隧道显微镜和原子力显微镜的探针，可以极大地提高显微镜的分辨率，而且碳纳 米管具有高弹性,在承受较大的负载时,不易发生脆断,可与被观察物体进行软接触，若为单壁 碳纳米管，还可以进入物体不光滑表面的凹坑处，能更好地显现物体的表面形态，用碳纳米管 作探针，扩展了原子力显微镜等探针型显微镜在蛋白质、生物大分子结构的观察和表征中的 应用。
在复合材料中的应用
碳纳米管具有非常大的长径比，是复合材料中理想的增强型纤维。碳纳米管的尺寸很小， 可以很方便地流过现有的树脂制造设备，从而制造出任何复杂形状的零件。传统的连续纤维 增强型材料刚性和强度比较好，并且密度也较低，但是制造成本过于昂贵，而且只能够制造简 单形状的工件,也无法制造出高强度材料，从而在应用上受到了极大的限制。而碳纳米管的长 径比很容易达到1 000以上，从理论上讲完全可以制造出更高强度、更高密度、低成本的复合 材料。
制备纳米电子器件
为进一步缩小微电子电路，需要分子电子器件。单壁碳纳米管最长可达20 cm,定向多壁 碳纳米管的长度也可达到几毫米，所以碳纳米管可作为导线、开关和记忆元件，应用于微电子 器件。在分子水平上对其进行设计和操作，可以推动传统器件的微型化。金属/半导体型碳纳 米管结具有二极管的特性，可以作为最小的半导体。
用于微型传感器
碳纳米管具有一定的吸附特性，由于吸附的气体分子与碳纳米管发生相互作用、改变其费 米能级而引起其宏观电阻发生较大改变，通过检测其电阻变化可检测气体成分，因此半导体性 单壁碳纳米管可用作气体分子传感器。与固体传感器相比，单壁碳纳米管化学传感器具有尺 寸小、反应更快和灵敏度较高等特性，并且单壁碳纳米管置于新环境或者通过加热后重新使 用。这类气体分子传感器可用于环境监控，化学反应控制、农业、医药等领域。
碳纳米管电动机械装置
将碳纳米管浸泡于电解质中，随外加电压的变化其长度会发生规律性伸展或收缩，这些动 作肉眼都可以观察到。迄今为止，没有任何材料具有如此优良的伸缩特性，而且在电压较低时 就可以产生较大的机械拉伸。利用这种特性，可用碳纳米管制造人造肌肉纤维，把它用于人类 的移植和修复手术，还有可能作为未来机器人的运动构件，或者作为高灵敏度传感器材料。
制备场致发射平板显示器和冷发射阴极射线管
碳纳米管是一种优异的场致发射材料，它能够在相对较低的电压下长时间地发射电子，故 已将碳纳米管应用于高分辨率电子束器件。碳纳米管能够提供高度相干的电子光束，它能够 收集到所观察的物体的电子序列全息照片，其图像质量要比原子尺度的尖端发射所得到的照 片还要清晰，碳纳米管发射冷阴极具有更高的相干性，能够提供更狭窄的电子束，这必将在诸 如各种显示器设备的制造等方面引起重大变革。新一代平板显示器是采用真空微电子技术， 利用碳纳米管场致发射原理制作的矩阵寻址、高分辨率、髙效率、长寿命的场致发射平板显示 器。它还可以进一步用于军用飞机的数字仪表面板、宇宙飞船、空间工作站上的各种数字、图 像显示面板系统，直升机驾驶员用头盔式瞄准具和坦克、自动火炮等的瞄准与显示系统。另 外，碳纳米管的场发射性能还可用于微波放大器、真空电源开关、场发射电子枪、制版等技 术中。
储氢
氢气具有储量丰富，洁净无污染，可存储和运输等特点，使之可成为21世纪的新型主导能 源。但如何有效地存储和运输氢气，这对氢气能源的实用化是十分重要的。最近的研究表明， 碳纳米管非常适合于作为储氢材料。理论上单壁碳纳米管的中空管内腔和管束内的间隙孔以 及多壁碳纳米管的中空管和管壁层间间隙都可允许氢进人，并作为储氢的吸附位。碳纳米管 具有较高的比表面积，丰富的纳米尺度孔隙，相对于常用的吸附剂活性炭而言，具有更大的氢 气吸附能力，有可能储存较多的氢。但关于碳纳米管储氢的研究尚处于初期阶段，材料的制
备、结构和性能等方面均有待探索与发展，储氢机制尚待揭示。
作为锂离子电池负极材料
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型高能电池，它具有工作电压高，质量 轻，比能量大，自放电小.循环寿命长，无记忆效应，无环境污染，安全性好等优点，是目前常温 下比能量最高的一种二次电池。它的性能与电极材料的性能有关，髙性能电解材料是获得高 性能锂离子电池的基础。碳纳米管的管径为纳米级尺寸，管与管之间相互交错的缝隙也是纳 米数量级。这种特殊的微观结构，具有优越的嵌锂特性，使锂离子不仅可以嵌人到管内而且可 以嵌人到管缝之中，为锂离子提供大量的嵌入空间。此外碳纳米管的化学稳定性好、机械强度 高、弹性模量大、宏观体积密度小、且以相互交织的网状结构存在于电极中，能吸收充放电过程 中因电极体积变化而产生的应力，因而电极稳定性好’不易破损，循环性能优于一般碳质电极； 另外，碳纳米管有良好的宏观导电、导热性，可以避免由于电极材料导电性差导致的欧姆极化 及其对电池性能的不利影响，因此，采用碳纳米管作为负极材料有利于提高锂离子电池的放电 容量、循环寿命、改善电池的动力学性能。
在电化学电容器上的应用
碳纳米管具有独特的中空结构、良好的导电性、大的比表面积、适合电解质中离子移动的 孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网状结构，作为电极材料使用时，碳纳米管中基本为孔， 孔的利用率较高。同时，碳纳米管管壁具有很好的晶体结构，可以看做由石墨卷绕而成。在比 表面积相同时，碳纳米管电极比活性炭电极的电容量高。碳纳米管中孔的面积随温度的升高 几乎不变，在用粘合剂制备复合电极时受温度和时间影响较小，工艺适应性强。碳纳米管的特 殊结构使得它可通过一定处理开口、活化提高比表面积从而得到更高的电容量，另外，碳纳米 管电容器的等效串联电阻、漏电流、频率响应、功率特性等电容器主要指标均优于活性炭电容 器，因此被认为可能是电化学电容器的理想电极材料。
在医学上的应用
碳纳米管的体积可以小到1(TS mm3，医生可以向人体血液里注射碳纳米管潜艇式机器 人，用于治疗心脏病。一个皮下注射器能够装入上百个这样的机器人。用碳纳米管制作的给 药系统，配有传感器、储药囊和微型栗，进人人体后能在需要的部位释放出适当的药量。微型 机器人可以使外科手术变得更为简单，不必用传统的开刀法，只需在人体的某部位上开一个小 孔，放入一个极小的器械即可。纳米钳技术对于外科手术是十分重要的，用它可修复目前技术 无法治愈的微细血管。比光纤导管细得多的纳米探针插人细胞组织后，能够拍摄人体内部的 超声波图像。灵敏度很高的碳纳米管选分仪器可以对单个细胞进行分离和记数，可显著提高 精度。