自从碳纳米管被发现以来，其独特的力学性能和电性能引起了人们极大的关注。碳纳米管的一个很重要的应用前景是通过与聚合物复合制备出力学性能优异或功能性(如导电性、光学性能)聚合物纳米复合材料。但到目前为止，人们得到的聚合物/碳纳米管复合材料的力学性远远低于理论预期值。在这个研究领域中还有很多问题没有很好地被解决。因此，更好地理解这类复合材料的加工、界面性能与材料性能的关系应该成为该领域近期研究的重点。本学位论文针对碳纳米管难溶性和难分散性等问题进行了研究，提出了几种使用小分子和高分子改性碳纳米管的新方法，并且通过熔融加工制备了碳纳米管/聚合物复合材料，研究了碳纳米管与基体聚合物相互作用和复合材料的流变行为。本论文取得了如下研究结果：　　 1.提出了通过相转移催化反应实现可溶碳纳米管数十克级规模制备的改进方法。该方法通过在反应过程中使用碳酸钠代替氢氧化钠、在分离过程中引入连续萃取技术，得到了在有机溶剂中分散良好的功能化碳纳米管，大大简化了文献报道的原有方法。　　 2.利用“grafting from”策略，将稳定自由基-4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基(4-OH-TEMPO)通过酯化反应直接连在碳纳米管表面，然后在过氧化苯甲酰(BPO)的存在下，引发苯乙烯单体在碳纳米管表面进行原位氮氧调适假活性聚合(NMP)，得到了聚苯乙烯接枝改性的碳纳米管。进一步在无外加引发剂的情况下，加入亲水性第二单体苯乙烯磺酸钠(SSS)，利用NMP的活性聚合特征，在碳纳米管表面进行了SSS的嵌段共聚合，得到了聚(苯乙烯-苯乙烯磺酸钠)共聚物接枝改性的碳纳米管，成功地实现了碳纳米管表面性质的调控。　　 3.利用“grafting from”策略，通过碳纳米管表面的酰氯和羧酸钾盐基团引发环状单体环氧氯丙烷和四氢呋喃进行原位阳离子开环接枝聚合，成功地得到了聚环氧氯丙烷和四氢呋喃接枝改性的碳纳米管。得到的聚合物修饰碳纳米管在有机溶剂中具有良好的溶解性。利用季铵盐化反应，对接枝在碳纳米管表面的聚环氧氯丙烷进行二次修饰，得到了水溶性碳纳米管，实现了碳纳米管表面性质的可调性。此外，进一步考察了二次修饰后的碳纳米管修饰电极的电化学性能。　　 4.利用相转移反应，通过对现有聚合物的初步改性和碳纳米管的初步改性后，通过侧基反应将聚苯乙烯、聚4-乙烯基吡啶接枝在碳纳米管表面，实现了用现有聚合物对碳纳米管的直接修饰，扩展了碳纳米管改性和修饰方法。　　 5.通过熔融加工制备了碳纳米管/聚苯乙烯复合材料，发现熔融加工过程增强了复合材料中碳纳米管和聚苯乙烯之间相互作用，讨论了碳纳米管和聚合物相互作用的机制。此外，考察了熔融加工聚苯乙烯/碳纳米管复合材料的非线性光学性能。　　 6.通过熔融加工的方法制备了两种碳纳米管填充的聚苯乙烯纳米复合材料，研究了复合材料的流变性质。考察了碳纳米管含量和长径比对纳米复合材料的流变行为(如：复数粘度、储能模量、损耗模量和凝胶点等)的影响。