1. 碳納米管在復合材料領域的應用
碳納米管的強度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。它們非常微小，5萬個并排起來才有人的一根頭發那么寬，可以作為高強度碳纖維材料。因此，碳納米管因其出色的硬度和相對較輕的質量而被冠以“超級纖維”的稱號。
碳納米管在材料科學領域有著廣泛的應用，主要體現在以下幾個方面：
(1) 復合材料增強劑：碳納米管可以作為一種優秀的增強劑，加入到金屬、陶瓷或聚合物基體中，可以顯著提高材料的力學性能和導電性能。
(2) 催化劑載體：碳納米管由于尺寸小，比表面積大，表面的鍵態和顆粒內部不同，表面原子配位不全等導致表面的活性位蛋增加，是理想的催化劑載體材料。碳納米管作為催化劑載體材料的研究主要集中在活性組分負載于碳納米管的方法、碳納米管的電學性能對催化的影響、碳納米管獨特的管腔結構對催化的影響、碳納米管的儲氫性能對催化的影響等方面。
(3) 催化纖維和膜工業：科學家將硫酸工業和石油化工中應用的重要的催化劑氧化釩灌注進或涂覆在碳納米管上，氧化釩有時可以到達納米管管壁的石墨層的間隙中。碳納米管“列陣”制成的取向膜，可被用作場發射器件，也可被制成濾膜，由于膜也為納米級，可對某些分子和病毒進行過濾，從而使超濾膜進入一個嶄新的天地。
圖1 碳納米管材料筑夢太空電梯
2. 碳納米管在電子領域的應用
碳納米管在電子學領域有著重要的應用，主要體現在以下幾個方面：
(1) 場效應晶體管(F5T)：1碳納米管可以作為FT的通道材料，具有優異的電子輸運性能，可實現高速、低功耗的電子器件。
(2) 納米電子學器件：利用碳納米管的電子特性，可用來制作晶體管開頭電路或微型傳感器元件。它還可以作為鋰離子電池的正極和負極，使電池壽命增長，充放電性能好。此外碳納米管被認為是制造新一代平面顯示屏極有希望的材料。因此，碳納米管可以用于制備納米電子學器件，如納米電極、納米線和納米電容器等，用于構建超高密度的集成電路。
圖2 碳納米管晶體管模型
(3) 柔性電子學：碳納米管具有優異的柔性性質，可以用于制備柔性電子學器件，如柔性傳感器、柔性顯示器等，為可穿戴設備和可彎曲電子設備提供了新的可能性。
(4) 納米導線：由于碳納米管壁能被某些化學反應所“溶解”，因此它們可以作為易于處理的模具。只要用金屬灌滿碳納米管，然后把碳層腐蝕掉，即可得到納米尺度的導線。碳納米管不僅可用于制造納米導線的模具，而且還能夠用來制造導線本身。
圖3 碳納米管柔性導線
3. 碳納米管在新能源領域的應用
新能源領域最有代表性的是儲氫材料和超級納米碳纖素電池。
儲氫材料是清華大學碳納米材料研究小組發現一種經處理后表現出顯著儲氫性能的碳納米管，它有望成為新的清潔能源-氫能電池的制造材料。該項技術可以應用在燃料電池的制造中，起到持續穩定的氫源的作用。
超級納米碳纖素電池是最新工藝研制的新材料、新技術的最新綠色能源，重量輕，只有鉛酸電池的1/10重量，體積只有一般電池的1/16，能量可大的驚人。它廣泛應用于電動車、潛艇、電力機車等需儲能大、重量輕的電動力機械上。
4. 碳納米管在醫療及生物工程領域的應用
碳納米管在醫療及生物工程領域有著廣泛的應用前景，主要體現在以下幾個方面：
(1) 藥物傳遞：碳納米管可以作為藥物的載體，通過調控其表面性質和內部結構，實現藥物的控釋和靶向傳遞，提高藥物治療的效果。
(2) 生物傳感器：碳納米管具有高比表面積和優異的電化學性能，可以用于制備生物傳感器，實現對生物分子的靈敏檢測和診斷。
圖4 碳納米管生物傳感器
(3) 組織工程：碳納米管可以作為支架材料用于組織工程，促進細胞生長和組織修復，具有重要的臨床應用前景。
(4) 造影劑：造影劑是介入放射學中常用的藥物之一，通常被注入人體組織或器官后用于增強放射成像，由于多為非生物的化學制品，對人體有一定傷害。運用碳納米管技術的造影劑將不再對人體產生傷害，造影成像也更為清晰。
5. 碳納米管在環境保護領域的應用
碳納米管因其優異的吸放氫特性而成為高分子復合材料的一種良好的增強體。該材料具有超大的比表面積及良好的親水性能，可有效地吸附多種環境污染物，特別是有機污染物。
還可以利用納米級集塵灰微粒的特性，發展新的保濕材料，大幅提升土壤之保水能力，提高綠化成功率與速度。希望借著此新技術的開發與應用，可以有效解決沙漠化地帶土壤風化和水份流失，造成土壤逐步荒漠化之危機。
綜上可知，作為獨特的一維納米材料，碳納米管具有優異的力學、電學和熱學特性，這些特性使其在電子電器、化工、航空航天、建筑等諸多領域都有著較大的推廣應用價值。今后，隨著研究人員對碳納米管及其復合材料的制備技術、復合工藝、功能化改性的深入探索和技術應用，碳納米管及其復合材料的工業 化生產能力將會得到持續提升，市場化應用前景也會越來越光明。未來，更多性能優異的碳納米管及其復合材料的創新產品將會在工業應用領域引領新的變革與發展。