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纳米碳纤维(CNFs)结构、性能优异,是具有广阔应用前景的新型碳材料。但粉末状的缺点使其实际应用受到较大的限制。纳米碳纤维块体(M-CNFs)是由CNFs组装形成的具有三维网络结构的宏观材料,它能够解决一些纳米碳纤维粉体(P-CNFs)存在的缺点与不足。最近几年,M-CNFs的制备方法逐渐问世,并赋予其特殊的结构与性能,但现有的研究很少有从材料设计的角度出发,有意识地实现M-CNFs结构的调控,从而使其性能充分发挥。此外,M-CNFs的多元化应用有待开发。本论文采用简单的一步化学气相沉积(CVD)法制备出具有三维网络结构的M-CNFs,并通过调节生长条件实现对M-CNFs结构与性能的调控。在成功制备可控M-CNFs的基础之上,分别考察了其在油类吸附、炭／炭复合材料以及高分子复合材料中应用。本文的主要研究内容和结论如下：(1)采用无负载型Ni-Cu合金催化剂,乙烯碳源,通过化学气相沉积法制备M-CNFs,并分别考察了催化剂组成、反应温度、生长时间对M-CNFs成形的影响,得到了M-CNFs成形的优化条件：催化剂Ni-Cu 8-2、反应温度580℃、生长时间0.5-3 h。通过控制生长时间可以实现对M-CNFs结构与性能调控。M-CNFs内部结构为以粗纤维为支撑体,细纤维为连接体相互缠绕形成的三维网络结构。根据生长时间的不同,得到的块体密度0.075-0.28g·cm-3,孔隙率82%-96%,比表面积117-249 m2·g-1。M-CNFs具有良好的机械弹性,其压缩弹性形变区间可达到50%以上,压缩弹性模量达1.7 KPa。(2)控制催化剂的用量同样可实现了对M-CNFs结构与性能的调控,并得到更低密度(0.02-0.14 g·cm-3)、更高孔隙率(92-99%)、以及更优异机械弹性(弹性形变区间大于65%)的块体材料。同时,M-CNFs具有超疏水／亲油性,对水和油的接触角分别为153°和0°,并且显示了对油类高度的选择性吸附能力。M-CNFs对常见油类的吸附量可达22-75g·g-,并可以通过其密度或孔隙率加以调控。此外,通过简单的挤压法或燃烧法可以实现M-CNFs的循环利用。(3)分别以M-CNFs为增强体,酚醛树脂为炭基体前驱体,采用液相浸渍和热压成型工艺制备了纳米碳纤维块体／炭(M-CNF/C)复合材料。M-CNFs均匀分散于炭基体中并与炭基体之间产生较强的界面结合力。M-CNF/C复合材料在导电性、导热性和机械性能方面表现出了显著的增强效果,而相同条件下制备的纳米碳纤维粉体／炭(P-CNF/C)复合材料仅有中等强度的增强效果；M-CNF/C复合材料表现出了极为稳定的摩擦行为,更低的摩擦系数(0.09-0.12)和磨损量(0.12-0.43 mg)。M-CNF/C复合材料优异的传导、机械和摩擦性能主要源自于具有整体性和均匀性的增强体M-CNFs,其内部独特的三维网络结构能够显著地增加出传导通道、提高机械强度和降低摩擦系数和磨损量。此外,通过采用不同密度的M-CNFs,可以实现对M-CNF/C复合材料的密度、电导率、热导率、机械性能和摩擦性能等的调控。(4)分别以M-CNFs为增强体、PDMS为浸渍液制备了M-CNF/PDMS气凝胶。PDMS均匀包覆于CNFs的表面,并将单独的纤维连接起来,使M-CNFs内部原有的三维网络结构得到极大增强。M-CNF/PDMS气凝胶具有较低的密度(56-95 mg·cm-3)和较高的孔隙率(91.3%-95.3%),同时显示了良好的机械弹性(压缩弹性形变区间>60%),并且经100次循环压缩试验后仍保持稳定的弹性性能。通过调节中PDMS的含量,可以实现对M-CNF/PDMS气凝胶密度、孔隙率和机械性能的调控。M-CNF/PDMS气凝胶具有超疏水/亲油性,其对常见油类的吸附量介于12-29 g·g-1之间,且通过简单的压缩可实现气凝胶的循环利用。M-CNF/PDMS气凝胶具有优异的机电性能,其电阻变化率随着形变量的变化呈现线性的变化趋势,并在多次重复实验中保持稳定。