聚合物基碳纳米复合材料综合了碳材料、纳米材料及高分子聚合物的优良特性，兼具碳纳米材料的小尺寸效应、表面效应、优秀的力、电、光及热学等性能，高分子聚合物的轻质、易加工成型、化学稳定性等优点，同时引入碳纳米材料与聚合物的有效界面，使得复合材料具有许多新异及优秀的功能特性，在力学、电子学、光学、热学及生物学等领域具有非常广阔的应用前景。　　本论文主要集中于通过有效地设计碳纳米材料与高分子聚合物，构筑制备聚合物基碳纳米复合材料，研究复合材料在电致生热、电磁屏蔽及传感器等方面的功能特性，表征了解材料的构效关系，主要包括以下几部分:　　首先，对碳纳米复合材料电热性能进行研究及讨论:通过简单的溶液混合法，制备一种可在低压下(低于12 V)使用、高效及柔性的多壁碳纳米管水溶性聚合物复合电热薄膜，具有明显、迅速及可重复的电热效应，长的工作寿命，且表面温度分布均匀;证明复合薄膜中碳纳米管浓度及复合材料厚度是决定其电热性能的两个关键参数;最终，通过配方优化，实现大面积、规模化生产多壁碳纳米管水溶性聚合物复合电热薄膜，实现初步的产品化。在制备电热薄膜基础上，利用多壁碳纳米管及作为基体的水性聚氨酯和硅橡胶，设计制备一种可在低压使用的柔性双金属型电热驱动器，驱动性能优于大部分现有的电热型驱动器;驱动器具有优异的可控、可重复性，大的力学输出和长的工作寿命，驱动的功率密度在空气中可低至25 mW/mm3，驱动机理不仅归因于双层聚合物基体具有的不同热膨胀系数，也取决于其中碳纳米管复合材料所具备的负电阻温度系数效应。此外，通过设计多壁碳纳米管、碳黑及其共混分散体与聚偏氟乙烯，制备了三种碳纳米复合材料，研究其电阻温度系数效应，了解多壁碳纳米管与碳黑纳米分散体的协同效应，导致复合材料具有增强的电导率，高的热稳定性、稳定可逆的正电阻温度系数及弱的负电阻温度系数效应;从而成功制备了一类新型、可在低压下使用、高性能及自调节功能性的柔性复合电热薄膜。　　此外，研究讨论了碳纳米聚合物复合薄膜及多孔结构复合材料的电磁屏蔽性能:制备一类轻薄、柔性及高屏蔽性能的多壁碳纳米管/水性聚氨酯复合材料，由于复合材料具有非常高含量的碳纳米管(76 wt％)，即使在很薄时仍显示了优异的电磁干扰屏蔽效能;相比其它的碳填充的高分子复合材料，所制备复合材料在相近的填料数量下具有高得多的面比屏蔽效能(高达3408 dB·cm2/g);通过对碳纳米管浓度、材料厚度、电导率及微观结构的讨论，结合理论计算，研究了该复合材料的屏蔽机理，证明高质量分数纳米分散体对屏蔽性能具有重要影响。同时，利用灵活的冷冻干燥法组装成一种轻质及各向异性多孔状的多壁碳纳米管/水性聚氨酯复合材料，具有大范围质量分数的碳纳米管、可控的大密度范围及高的屏蔽性能;进一步通过设计比较各向同性及各向异性微孔、纳米尺度构筑单元浓度及类型对复合材料包括力、电及电磁屏蔽等宏观性能的影响，优化复合材料孔壁及微孔与孔壁的界面，最终构筑超轻、柔性及超高屏蔽性能的多壁碳纳米管聚合物取向多孔复合材料，面比屏蔽效能高达10440dB·cm2/g，远远高于其它报道的屏蔽材料。结合对取向多孔复合材料原位压缩并测量屏蔽性能，了解到复合材料具有的超高电磁干扰屏蔽性能，归因于孔壁本身的吸收损耗能力与微孔-孔壁界面的协同作用。　　最终，研究了基于碳黑/聚偏氟乙烯纳米复合柔性材料在超宽频率范围下的传感性能:发现并实现一类碳纳米复合材料在超宽频率范围下，即从静态及低频动态循环拉伸、高频振动至超高频超声导波(高至400 kHz)的应变传感性能，远远优于目前报道的传感器传感频率范围。通过对碳纳米分散体的浓度、类型及在基体中导电网络的微观结构，复合材料电学、静态、低频动态循环应变及高频振动信号下力电响应的分析，结合对材料动态力学性能表征，讨论了传感机理。当施加复合材料小应变时，在碳纳米分散体形成的导电网络中引入了电子隧穿效应，引起传感器的压阻动态变化。最终，成功使用传感器进行超声波原位结构监测，证明其在结构健康监测领域具有非常大的应用潜力。