碳纳米管海绵是一种由多壁碳纳米管无序堆积而成的三维多孔网络结构,在能源和环境领域有广阔的应用前景。为了推动碳纳米管海绵的实际应用,需要进一步改善它的力学和电学等相关性能,尤其是在形变过程中的结构稳定性和弹性回复能力。此外,在碳纳米管海绵内部可控的引入活性材料是制备高性能功能器件的有效途径。本论文研究了基于碳纳米管海绵的复合多孔材料的可控制备、力学性能和电容性能,探索了在能源器件领域的应用。通过在海绵内部均匀负载非晶碳和导电聚合物制备了结构可控的复合多孔材料,分别提高了海绵的力学性能和电化学性能。具体结果如下:制备了碳纳米管/非晶碳复合多孔材料并研究了力学性能。采用化学气相沉积法,乙炔为碳源,在海绵内部直接沉积非晶碳,获得了非晶碳均匀包覆的碳纳米管核壳结构。通过调节反应时间等参数调控了包覆层的厚度,并且碳纳米管之间的搭接点被有效焊接,形成了具有稳定三维框架的块体结构。力学测试表明,引入非晶碳使碳纳米管海绵的压缩弹性模量和压缩强度分别提高了40和60倍,在10%到50%的压缩应变下可弹性回复,循环压缩1000次后不产生塑性变形。分析了有关机制,发现碳纳米管的包覆及焊接能够保持材料在压缩过程中的结构稳定性,从而获得超弹性。制备了碳纳米管/聚苯胺复合多孔材料并研究了电化学性能。采用电化学沉积法,苯胺单体为原料,在碳纳米管海绵内部聚合成聚苯胺,获得了聚苯胺均匀包覆的碳纳米管核壳结构,并且聚苯胺的厚度可调,碳纳米管之间的搭接点也被焊接。采用三电极法测试了复合海绵的电化学性能,发现引入聚苯胺使质量比电容从约30 F/g提高到了753 F/g,高度压缩后仍能保持70%以上的质量比电容,同时体积比电容增加。通过在碳纳米管和聚苯胺之间引入聚吡咯层,显著提高了循环稳定性(1000次循环后保持90%以上)。碳纳米管的三维导电网络以及表面均匀包覆的赝电容材料是提高电化学性能的两个关键因素,在超级电容器领域有很好的应用前景。