碳納米管薄膜是一種新型的納米管材料，由于高表面積、優異的電子導電性、超疏水性和增強的機械強度 CNT 薄膜，對 CNT 薄膜的研究在近幾十年來蓬勃發展。這為科學研究和應用開發開辟了新的機會。例如，自組裝納米管薄膜將促進器件制造過程，并將為創建革命性的新型納米器件提供最佳機會。特別是在儲能系統中，納米管電極在電容器、燃料電池、蓄電池和其他電化學應用中得到了廣泛的研究。考慮碳納米管薄膜用于這些應用的優點是它們的宏觀尺度和均勻尺寸、高強度和導電性、大比表面積和光滑表面拓撲。下面將討論CNT膜的幾個應用前景。
用于場發射的CNT薄膜
CNT場發射器件是最近納米技術的第一批商業應用之一。單個CNT在尖端處具有小的曲率半徑和高的機械強度。CNT薄膜保留了單個納米管的固有特性，但具有手動可操作的尺寸，所有這些都有利于場發射應用。例如，單壁碳納米管宏觀薄膜的均勻性允許我們進行直接場發射測試。在不銹鋼襯底上沉積和純化的薄膜已被用作傳統場發射系統中的陰極。與大多數納米管和金剛石材料相比，純化后的樣品具有相當或更低的開啟場（1.4 V/μm）和閾值場（4.1 V/μm）。由F-N曲線計算得到的純化膜的場放大因子（約24000）明顯大于沉積膜的場放大因子，約為沉積膜的4倍。
用于能量存儲和轉換的CNT薄膜
納米管薄膜具有上級的導電性和較高的有效表面積。這使得它們成為用于能量存儲和轉換設備的候選者，如光電子設備、電池、超級電容器和燃料電池。例如，透明MWNT片可用作偏振UV、可見光和紅外白熾光的寬帶光源，用于傳感器、紅外信標和成像，以及用于裝置校準的參考信號。基于SWNT膜的光傳感器已經被設計成通過利用其大面積和本征光伏效應來監測環境光。低成本的太陽能電池需要具有大面積和高柔性的輕質襯底。大量研究結果表明，SWNT膜是一種有潛力的大規模制備太陽能電池的材料。在使用液體電解質的染料敏化太陽能電池中，通過使用納米碳電極來增強電極的電化學活性，轉換效率變得更高。其中，SWNT由于其高表面積而顯示出高的電化學活性。實驗證明，SWNT是一種極具吸引力的太陽能應用材料。目前的研究旨在通過控制膜厚和管覆蓋率來優化膜結構，以提高轉化效率。
圖1碳納米管薄膜簡潔超級電容器
用于電子器件的CNT薄膜
碳納米管薄膜還可以制成電子器件，如二極管和晶體管。例如，在平坦基底上的水平對齊的2D SWNT陣列可以容易地集成到設備中。薄膜晶體管是通過在這些單壁碳納米管陣列的頂部形成電極圖案和沉積物而制成的，它們被用作有效的薄膜半導體。該性能與在單個納米管器件中觀察到的性能相當。此外，CNT薄膜的生長和制造的最新進展以及構建高性能器件的能力使得CNT薄膜在作為傳感器和作為大面積柔性電子器件的應用中非常有用。有趣的是，聚合物材料中的碳納米管薄膜也可以顯著改善復合材料的電子和熱機械性能。并且在可見光譜中，透明單壁碳納米管薄膜的光學透射率與商業ITO的光學透射率相當，其中厚度約為30 nm的透明導電碳納米管薄膜正成為一種新型電極，有望取代傳統使用的ITO。
圖2 碳納米管薄膜制備的集成電路
用于光催化的CNT薄膜
用某些光催化劑，特別是TiO2包覆CNT薄膜目前被考慮用于許多應用，包括在水污染、廢水處理和空氣凈化中降解環境污染物。CNT/TiO2復合膜已被測試的各種化學品，如Porcion紅，苯酚和亞甲基藍的光降解。所有這些研究表明，添加碳納米管可以提高TiO2的光催化效率。此外，CNT/TiO2薄膜在抗菌方面的潛在應用也在研究中，主要歸因于多壁碳納米管本身的部分殺菌活性此外，CNT與其他光催化劑如ZnO的組合也顯示出對細菌的巨大光滅活作用。
此外，碳納米管還可用于制造吸附劑、納米裝置(納米機器人)、原子探針、超大規模集成電路散熱襯托材料、計算機芯片導熱板、一維導線、納米同軸電纜、分子晶體管、電子開關、信息存儲、美容材料、防彈背心、抗震建筑等。
圖3 碳納米管薄膜在各行業的應用