碳納米管是典型的一維納米材料，具有較大的縱橫比，其強度和縱橫比是傳統碳纖維的1O倍以上。理論上碳納米管製備超強力學性能的複合材料是完全可行的。同時由於碳納米管的長度為微米級，對複合材料的加工性能沒有任何影響，用碳納米管增強的聚合物複合材料可以用傳統的塑料加工技術形成各種形狀。實驗發現碳納米管的電導率可以高達1000～2000 S／cm，能夠通過大的電流密度106 A／cm2，改善聚合物複合材料的導電性能。由於碳納米管大的縱橫比及相互之間形成的網絡結構，在較低體積比時碳納米管就可以提高聚合物的電導率，而不影響聚合物的其他性能。
在隱身材料中的應用
碳納米管對紅外和電磁波有隱身作用：納米微粒尺寸遠小於紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多，這就大大減少波的反射率；納米微粒材料的比表麵積比常規粗粉大3～4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多。碳納米管具有彈性高、密度低、絕熱性好、強度高、隱身性優越、紅外吸收性好、疏水性強等優點，它可以與普通纖維混紡來製成防彈保暖隱身的軍用裝備。
在能源材料中的應用
儲氫材料：按5人座的轎車行使500公裏計算，需要3.1Kg的氫氣，以正常的油箱體積計算，氫氣的存儲密度應有6.5%，目前的儲氫材料都不能滿足這一要求。碳納米管由於其管道結構及多壁碳管之間的類石墨層空隙，使其成為有潛力的儲氫材料，國外學者證明在室溫和不到1bar的壓力下，單壁碳管可以吸附氫氣5%-10%。
根據理論推算和近期反複驗證，普遍認為碳納米管的可逆儲/放氫量在5%左右，即使5%，也是迄今為止較好的儲氫材料。
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