2.1 具有高导热性的CNT材料，用于散热。
由于重量轻、强度高、导热性能优异，碳纳米管被认为是最有希望用于电子设备热管理的材料之一。然而，宏观尺度 CNT 材料的热导率仍仅限于几十至几百瓦特/米-开尔文（W/m-K），大大低于单个 CNT。 这一显著差异是由于结构因素造成的，如缺陷密度高、排列不整齐、管间热阻大等，这些因素限制了这些材料的整体热性能。然而，由于纳米管之间的界面接触不足以及跨平面多孔网络的形成，厚度方向上的热导率大幅降低，导致该方向上的热导率急剧下降。尽管将 CNT 集成到聚合物基体中可显著提高热性能和机械性能，如多壁 CNT（MWCNT）/树脂复合材料的热性能提高了 40%，但仍不足以满足实际应用的需要。 通过改善 CNT-CNT 接触处的热阻、CNT 与聚合物之间的界面以及更好地分散和排列 CNT，可进一步提高热性能。
用于散热的基于 CNT 的复合材料。
图2、用于散热的基于CNT的复合材料。
2.2 用于隔热的低导热率 CNT 材料
通过创新设计材料的微观结构，有可能实现基于 CNT 的材料的热导率的变革性变化。结构设计，尤其是孔隙率的加入，可以改变材料的构型，将其转变为多孔结构。由于其独特的微观孔结构，多孔材料可以显著改变热传导途径，从而彻底改变热导率。导热系数的这种变化不仅仅是一种定量调整，而且从根本上改变了基于CNT的多孔材料中的传热机制。这种方法允许开发将高强度和韧性与承受极端环境能力相结合的材料，从而满足复杂和多变的应用场景的需求。此类材料可以在高、低、高辐射环境中保持稳定性，同时表现出优异的机械强度和韧性。在以下部分中，我们将深入研究基于CNT的多孔材料的热传导机制，并讨论它们的具体应用场景。
图3、用于热管理的基于CNT的泡沫。
图4、用于热管理的基于CNT的气凝胶。
2.3 用于被动加热的碳纳米管材料
碳纳米管具有出色的广谱光吸收能力，在太阳能热能转换领域前景广阔。碳纳米管的光吸收率高达 99% 以上，是太阳能热系统中的重要元素。其光热转换主要由内部分子机制促进，涉及电子激发和随后的能量弛豫。在分子水平上，碳纳米管的共轭 π 电子系统能有效地吸收光，这归因于其π键和π反键分子轨道之间的能隙较窄。光照射会促使π电子吸收能量并跃迁到更高的能态，它们返回基态时主要以热能的形式释放能量，从而实现光能到热能的嬗变。CNT 的固有特性使其广泛应用于各种被动加热领域，包括用于提高海水加热效果的光热脱盐、用于调节舒适温度的个人热管理系统、用于确保电子设备运行稳定性的热调节，从而展示了其在能量转换和热管理方面的多种能力。
图5、用于太阳能海水淡化的基于 CNT 的材料。
图6、用于 PTM 的基于 CNT 的材料被动加热。
2.4 用于主动加热的CNT材料。
与金属网和导电聚合物等传统电热元件相比，碳纳米管具有轻质、高强度和均匀电热转换等优点。碳纳米管精确控温和快速加热的能力有助于电子设备的精确运行，同时，其节能特性也大大有助于节能减排工作。CNT 电热技术已从实验阶段进入商业应用阶段。市场上已开发出紧凑高效的基于碳纳米管的加热器和冷却器，可提供稳定可控的温度管理，且无需额外的能源成本。此外，碳纳米管的生态友好和可持续特性也确立了其在当代绿色技术中的作用。本文讨论了CNT在电热转换中的潜在应用，将其与传统材料进行了比较，并分析了它们的优势及其在商业化过程中面临的挑战。
图7、CNT-based material Joule heating for PTM.
