碳纳米管具有优异的性能及广泛的应用前景,碳纳米管宏观体的研究极大地促进了碳纳米管的大规模应用。纳米多孔材料具有高比表面积、高孔隙率,独特的光学、电学和力学等性能,作为新型的多孔材料将在科学技术发展和国民经济建设中发挥巨大的作用。为此,将碳纳米管宏观体组装成多孔结构,使其具有碳纳米管优异性能的同时,还具有多孔的特性,具有重要意义。本论文可控地合成了一种新型的由碳纳米管自组装而成的三维多孔碳纳米管宏观体,称之为碳纳米管绵(Carbon nanotube sponge)。论文首先研究了碳纳米管绵的直接、可控制备方法,然后对其基本性能和使用性能进行研究分析,旨在为今后的实际应用奠定基础。以二氯苯为碳源、二茂铁为催化剂,利用化学气相沉积法直接、可控地合成了碳纳米管绵,面积达150 cm~2、厚度达9 mm。碳纳米管绵在微观上是由大量互相搭接的多壁碳纳米管组成;宏观上具有轻质(5~25 mg/cm~3)、高孔隙率(>99 %)、导电、疏水和结构稳定等传统多孔材料难以具备的性能特点。通过改变反应温度、载气流量和碳源进给速率等工艺参数,实现了对碳纳米管绵的表观密度、孔隙率、生长速率和微观结构的调控。碳纳米管绵的生长过程具有开口生长和气相中初步生长的特点,并按照堆砌方式自组装。研究了碳纳米管绵对有机溶剂的吸附性能。碳纳米管绵具有饱和吸附量大、吸附速度快、油水混合体中对油选择性吸附、可再生等特点。对密度为0.6~1.5 g/cm~3的有机溶剂的饱和吸附量达到80~180 g/g。随着被吸附有机溶剂密度的增加,碳纳米管绵的饱和吸附量增加。随着碳纳米管绵密度的降低,饱和吸附量也能增加。吸附后可通过直接燃烧或机械挤压等简单方法进行脱附和再生利用。燃烧法循环利用10次后,碳纳米管绵对柴油的饱和吸附量仍大于40 g/g,脱附效率仍在96 %以上。因而,碳纳米管绵在环境及水处理领域展示了广阔的应用前景。研究了碳纳米管绵对机械能的吸收以及在复合材料中的应用。在压缩应变为90 %,循环压缩达到1000次以上时,碳纳米管绵仍具有良好的弹性和结构稳定性。单位体积碳纳米管绵吸收的机械能为8~20 kJ/m3。利用碳纳米管绵的多孔性,可直接在碳纳米管绵中的孔隙中灌注环氧树脂而得到均匀的纳米复合材料。碳纳米管绵及碳纳米管绵/环氧树脂复合材料均具有较好的压阻特性,在一定的应变范围内其电阻随压缩应力呈规律性变化,可用作应力应变传感器。