拥有卓越性能的碳纳米管（CNTs）自从被日本科学家发现以来，受到了研究者的青睐。CNTs在溶液中分散后的长度分布和分布均匀性及CNTs薄膜中孔隙的分布及分布均匀性不仅是影响CNTs薄膜材料各种性能的关键因素，也常被作为CNTs薄膜均匀性评价的关键参数。为了优化制备CNTs，拓宽其应用领域，急需解决的问题有：CNTs在溶液中长度分布情况的正确检测与评价；CNTs薄膜均匀性的准确描述与表征；CNTs分散效果对其薄膜性能影响的定量评价。本文通过对CNTs相关真彩图像进行灰度变化，图像增强，图像二值化等预处理，研究了适合于CNTs溶液TEM图像，CNTs薄膜SEMFE-SEM图像预处理的基本方法，经验证，该方法处理的CNTs微观图像有利于后续研究。基于预处理后的微观图像，以砂盒法和多重分形法为理论基础，建立了CNTs在溶液中长度分布，CNTs薄膜中孔隙分布等数学模型。基于回转半径法和多重分形建立了CNTs在溶液中长度分布均匀性模型及碳纳米管薄膜均匀性的数学模型。评价模型的主要优点有：降低了由于CNTs溶液TEM图像和薄膜SEMFE-SEM图像尺寸较小而在统计意义上对评价参数的影响；减少了人为干预在选择无标度区过程对评价参数的影响，同时，降低了连续系统离散化对评价参数的影响。建立了CNTs分散效果的定量评价体系，该评价体系包括：CNTs的长度分布和分布均匀性与溶液的Zeta电位的对应关系；CNTs薄膜孔隙分布和分布均匀性与其拉伸、传感、阻燃等性能的对应关系；杂化CNTs薄膜的均匀性与其吸波性能的对应关系。通过对CNTs分散效果进行实际的定量表征，证明了该评价体系的正确性与实用性。