单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)自1993年被发现以来,一直是纳米科学领域研究的热点之一,主要得益于其完美的共轭管状结构和优异的物理化学性能。这使得它不仅在复合材料领域具有潜在的应用价值,在能源领域、电池领域、生物传感以及纳电子学等领域都具有广阔的应用前景。尤其是在纳电子学研究领域,单壁碳纳米管基电子器件被认为是最有可能替代硅基电子器件的理想候选者之一。目前已经实现不少单壁碳纳米管基器件,例如存储器、传感器、显示器等,甚至利用碳纳米管制作的计算机也已经问世。然而提高器件的性能往往依靠碳纳米管材料本身,碳纳米管结构的控制是限制其在纳电子学研究领域应用的最大障碍,因此,如何获得结构单一,制备工艺成熟的单壁碳纳米管是该研究领域的一个终极挑战。本论文研究工作主要从催化剂和温度两个角度出发,旨在解决单壁碳纳米管在未来纳电子器件和计算机芯片领域的应用问题,发展手性可控单壁碳纳米管的制备方法。(1)利用单层二硫化物生长单手性单壁碳纳米管:本实验从催化剂设计的角度进行实验研究,提出并设计了一种全新的催化剂—碳化二钼用于解决在生长过程中催化剂聚集的问题,这种催化剂熔点高且不容易聚集,利用这种催化剂催化生长,最终成功获得单手性(13,12)单壁碳纳米管。利用这种碳纳米管构筑场效应晶体管,其开关比>10的器件数高达97%。同时,设计另一种催化剂—碳化二钨,最终成功生长出单手性(16,9)单壁碳纳米管,利用这种手性碳纳米管构筑场效应晶体管,发现半导体性碳纳米管含量超过95%。这种设计高熔点催化剂的方法,克服了传统低熔点催化剂在生长过程中聚集的问题,为单手性碳纳米管的可控制备提供了一种新的研究方法。(2)利用低温生长窄手性分布单壁碳纳米管:采用“高温裂解,低温生长”的方法在蓝宝石基底上成功制备出了窄手性(9,6)和(13,1)碳纳米管阵列。高温裂解、低温生长的模式不仅提高生长效率,更能保证催化剂的晶态结构在生长过程中稳定存在;合适的载体可暴露并稳定所需的催化剂晶面,并以其为模板控制碳管结构;特定的催化剂晶面和低温两个因素缩小了碳纳米管的手性范围。这也为手性单壁碳纳米管生长方法的研究提供了新的思路。