碳纳米管作为一种一维纳米材料,具有独特的中空管状结构,极大的长径比和比表面积,优异的力学、热学、电学等性能,可用作增强材料来提高复合材料的性能。但由于碳纳米管表面呈化学惰性,易缠绕团聚,在聚合物基体中的分散性较差,且与基体材料的界面结合力较弱,从而限制了其在复合材料中的应用。功能化是解决这些问题的有效途径。通过对碳纳米管进行表面改性处理,将其添加到环氧树脂中可得到性能优异的功能化碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,该复合材料结合了二者的优点,是一类能够满足不同使用需求的高性能材料。本论文通过硅烷偶联剂改性和新型氮烯化学改性两种不同的方法对碳纳米管进行改性处理,成功制备功能化碳纳米管。两种改性方法均旨在提高碳纳米管的表面活性及其在基体中的分散程度,使碳纳米管均匀分布于有机溶剂或聚合物基体中并形成理想的两相界面结合,充分发挥碳纳米管的优异性能。最后采用溶液共混法制备碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,并探究了功能化碳纳米管对复合材料力学性能、热学性能和耐腐蚀性能的影响。主要得到如下结论:(1)硅烷偶联剂改性碳纳米管的制备。通过混酸氧化处理获得羧基化碳纳米管,然后将其与水解的硅烷偶联剂进行充分反应,得到硅烷化碳纳米管。红外光谱和X射线光电子能谱表明,在碳纳米管表面存在-COOH基团、Si-O-Si基团和Si-OH基团,证明了羧基化和硅烷化的完成。拉曼光谱和扫描电镜结果表明,羧基化和硅烷化处理并未对碳纳米管的本征结构造成破坏,但是改变碳纳米管的表面形貌和尺寸。紫外可见光谱图和分散静置实验表明,硅烷化碳纳米管的分散性得到了一定的提高。此外,通过热失重分析探究了碳纳米管的羧基化和硅烷化的接枝量以及其在不同温度的分解情况。(2)氮烯化学改性碳纳米管的制备。通过浸泡处理和紫外光照作用,沉积在碳纳米管表面的有机三嗪分子活化并接枝到碳纳米管的表面,形成共价结合,最终得到结构完整,分散性良好的氮烯化学改性碳纳米管。红外光谱和X射线光电子能谱结果表明,经浸泡处理,有机三嗪分子的碳氮芳环通过π–π堆叠的方式沉积在碳纳米管的表面;在紫外光的作用下,有机三嗪分子中的两个叠氮基团发生裂解,形成不饱和的氮原子,进一步发生夺氢反应,与碳纳米管表面的碳原子结合,从而形成牢固共价结合。拉曼光谱和透射电子显微镜分析表明,相比于硅烷化碳纳米管,经氮烯化学改性的碳纳米管的表面缺陷更少,更大程度上保持了碳纳米管的完整性。紫外可见光谱图和分散静置实验表明,随着紫外光照时间的增加,其分散性逐渐提高,在700 s紫外光照时达到最大,相比硅烷化碳纳米管,其分散性显著提高。(3)制备功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料并探究其性能。通过溶液共混法,掺入不同功能化及含量的碳纳米管,制备3种不同的功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料。当添加0.4 wt.%的氮烯化学改性碳纳米管时,复合材料的拉伸强度和冲击韧性达到最大值,分别为71.0 MPa和38.3 kJ/m2。因此,添加功能化碳纳米管可实现良好的增强增韧的效果。当碳纳米管的添加量达到1.0 wt.%时,氮烯化学改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的热导率为1.31 W/(m·K),较纯的环氧树脂提高了285.3%,证明了复合材料良好的热学性能。浸泡实验和盐雾实验分析表明,引入碳纳米管依然保持了环氧树脂固有的优异的耐腐蚀性能,可将其作为涂层材料应用于恶劣腐蚀环境中的金属防护。