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　　纳米碳管最令人瞩目的热学性能是导热系数。理论预测纳米碳管的导热系数很可能大于金刚石而成为世界上导热率高的材料。不过，测量单根纳米碳管的导热系数是一件很困难的事情，目前还没有获得突破。将电弧法制备的单壁纳米碳管轧成相对密度为70%，尺寸为5mm×2mm×2mm的方块，Hone测得了室温下未经处理的纳米碳管块材的导热率为35W/（M·K），该值远小于理论预测值。显然，纳米碳管块材中的空隙和纳米碳管之间的接触都将极大地减小纳米碳管块材的导热率。而且，与石墨相类似，纳米碳管沿轴方向与垂直于轴向方向的导热能力应有很大的不同。因此，该结果不能代表纳米碳管的实际热率。正如单根纳米碳管的电导率是纳米碳管体材料的电导率的50—150倍一样，如果单根纳米碳管的电导率也是如此，那么纳米碳管的导热率应为1750—5800W/（M·K）。通过测量纳米碳管块材的导热率与温度的关系曲线可以推断，纳米碳管的导热是由声子决定的，并就此估计出纳米碳管中声子的平均自由程约为0.5—1.5μm。
　　利用X射线衍射和透射电子显微镜研究纳米碳管在5.5Gpa下的热稳定性也取得了重要进展。根据以往的研究，在常压真空条件下纳米碳管的热稳定性非常好，其结构在2800℃以下可能并不发生变化。实验发现，在5.5Gpa压力下，虽然纳米碳管的微结构在低温时没有发生明显的改变，但在950℃即开始发生变化，转变成类巴基葱和类条带结构，而在1150℃时转变成石墨结构，高压是这种转变的主要原因，高压可以促使纳米碳管结构的破裂，从而降低它的热稳定性。