目前碳納米管水泥基復(fù)合材料的研究集中于材料的分散、制備、力學(xué)性能、電學(xué)性能等方面并初步取得了有意義的成果。今后需要重點研究的方向包括以下幾個方面：
(1)碳納米管水泥基復(fù)合材料制備技術(shù)研究。目前國內(nèi)外廣泛采用的方法比較單一，一般采用超聲波處理和表面活性劑相結(jié)合的方法使得碳納米管在水性體系中分散均勻后再與水泥基體復(fù)合的方法來制備。今后需要對提高懸浮液分散性的物理、化學(xué)方法及提高其在復(fù)合材料中分布均勻性的制備方法進(jìn)行深入的研究。
(2)碳納米管改善水泥基復(fù)合材料性能的微觀機理研究。碳納米管改善水泥基復(fù)合材料性能的機理及其在使用過程中劣化過程的機理尚不夠明確和完善。雖然國內(nèi)外相繼有學(xué)者初步提出碳納米管改善水泥基復(fù)合材料機理，認(rèn)為在基體的缺陷部位發(fā)揮拔出與脫粘、橋聯(lián)和網(wǎng)狀填充等作用，但并沒有直接的碳納米管水泥基體微觀力學(xué)試驗來支持碳納米管水泥基的界面問題，缺乏深入系統(tǒng)的試驗研究論證，如碳納米管在外力作用下缺陷形核、傳播直至斷裂的過程都沒有詳盡的試驗研究。機理方面還需要進(jìn)行大量深入細(xì)致的研究工作。
(3)碳納米管水泥基復(fù)合材料的耐久性能及其評價指標(biāo)體系的研究。目前對碳納米管水泥基復(fù)合材料耐久性能的研究幾乎為空白，尚未建立適合于碳納米管水泥基復(fù)合材料的耐久性能評價指標(biāo)體系。水泥基復(fù)合材料的主要發(fā)展方向之一是高耐久性，以提高抵抗各種環(huán)境介質(zhì)侵蝕作用的能力和工程使用年限。耐久性能內(nèi)涵豐富，包括滲透性能、抗凍性、耐腐蝕性能等。該領(lǐng)域亟需開創(chuàng)性的研究成果。
(4)碳納米管與水泥基復(fù)合材料基體中其它材料的相容性尚需深入研究。水泥基復(fù)合材料中往往成分復(fù)雜，根據(jù)需要往往加入一種或幾種礦物摻合料、高性能減水劑、其他納米材料等，因此還要考慮對碳納米管與水泥基材料中其它組分的相容性進(jìn)行深入和細(xì)致的研究。
(5)碳納米管水泥基復(fù)合材料吸收電磁波性能和阻尼性能研究。目前電磁波輻射已成為一種新的社會公害，研究碳納米管水泥基復(fù)合材料配合比變化與吸波性能的關(guān)系，揭示內(nèi)在規(guī)律，為吸波材料設(shè)計提供依據(jù)，從而開發(fā)新型高性能民用吸波材料；現(xiàn)代高層建筑、大跨度橋梁對抗震性能要求越來越高，建筑結(jié)構(gòu)安全需要水泥基復(fù)合材料具備較高的阻尼耗能能力，目前國內(nèi)外對碳納米管阻尼性能的研究相對較少，尚需開展更多更深入的研究。
(6)碳納米管水泥基復(fù)合材料數(shù)值模擬輔助研究。碳納米管在水泥基材料中的行為可以進(jìn)一步采用分子動力學(xué)理論、有限元分析等數(shù)值模擬的手段來研究。理論模擬不僅回避了試驗中對碳納米管進(jìn)行操作的困難，更重要的是它能揭示各種在微納米尺度上的物理機制，對試驗中不曾發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)試驗的進(jìn)行。
存在的主要問題：
(1)雖然碳納米管的各項具體性能指標(biāo)的數(shù)值都已有所研究，但是這些指標(biāo)都缺乏具體的準(zhǔn)確的數(shù)值范圍，這將造成其機理的研究過程中的誤差，以及對于深入研究的誤導(dǎo)。
(2)碳納米管的分散性研究中存在諸多問題。主要包括分散方法本身的缺陷問題及碳納米管本身具有的超尺寸、表面能較大、容易纏繞成團(tuán)等結(jié)構(gòu)缺陷造成的分散不均勻問題，這將誘發(fā)“纖維病毒”，使水泥基復(fù)合材料的性能不升反降。
①對于機械攪拌法而言，球磨對于降低MWCNTs的團(tuán)簇程度有一定作用，但同時也會對MWCNTs的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的破壞，球磨后MWCNTs基本結(jié)構(gòu)雖未完全被破壞，但其長度減小嚴(yán)重。
②超聲分散對超聲功率的選擇要求嚴(yán)格。功率太小達(dá)不到所要求的分散效果；功率太大將對碳納米管的長徑比甚至結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，這就對實驗研究帶來了諸多阻礙。并且超聲法可能會使MWCNTs的結(jié)構(gòu)發(fā)生微量破壞。
③化學(xué)修飾法是應(yīng)用較廣泛的MWCNTs分散方法，但是這種方法易造成MWCNTs質(zhì)量損失，而MWCNTs又是造價較高的材料，所以還需要改善技術(shù)降低質(zhì)量損失，提高M(jìn)WCNTs利用的經(jīng)濟(jì)性。
④目前，雖然對MWCNTs的分散進(jìn)行了一定的探索研究，但卻未能達(dá)到系統(tǒng)化、定量化的程度。因此，對MWCNTs在不同條件下所形成的不同分散形態(tài)應(yīng)該進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究與探討。
@MWCNTs的長期分散穩(wěn)定性問題。目前碳納米管的分散技術(shù)只限于保證其在實驗室條件下的試驗研究，然而對于需要長時間作業(yè)的大型工程項目，則要求所制備的碳納米管的分散懸浮液具有長期分散穩(wěn)定性。
(3)目前，國內(nèi)外學(xué)者對MWCNTs與基體中其它材料相容性的研究較少。然而，MWNTs在作為添加相材料時其與基體的相容性是制備環(huán)節(jié)中必須要考慮的問題。水泥基復(fù)合材料的組成除了包括水泥、砂石等基本組分外，往往還要加入減水劑、粉煤灰等外加劑和礦物摻合料，因此有必要考慮MWCNTs與水泥基復(fù)合材料中各組分的相容性。此外，還要考慮在進(jìn)行MWCNTs分散時所用的分散劑與水泥基復(fù)合材料的相容性。
(4)目前針對碳納米管改善復(fù)合材料性能的機理研究僅局限于塑料、薄膜等有機物領(lǐng)域，針對水泥等脆性無機非金屬材料的機理研究較少且不完善，遠(yuǎn)沒有形成理論體系，也沒有可以借鑒的研究模式。
(5)缺乏碳納米管增強水泥基復(fù)合材料的增強增韌機理及破壞模型機理的數(shù)值模擬分析，無準(zhǔn)確反應(yīng)碳納米管增強增韌及水泥基復(fù)合材料破壞的作用機理。
化學(xué)慧定制合成事業(yè)部摘錄
