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单壁碳纳米管自从被发现以来,就由于其独特的性质引起人们的广泛关注,特别是其优异的电子学性质,一直被看作是构筑下一代纳电子器件的核心材料。为了满足基于单壁碳纳米管的器件制备及集成化的需要,如何直接在基底表面生长直径和导电性可控的单壁碳纳米管阵列是非常关键的因素。 本论文以基于单壁碳纳米管的电子学器件的需求为导向,围绕基底表面生长的碳纳米管的导电性控制和直径控制两方面展开研究,主要研究成果如下: (1)金属性单壁碳纳米管的费米能级附近具有连续的态密度,而半导体性单壁碳纳米管在费米能级附近存在带隙,因此金属性单壁碳纳米管的电离能较小,相比于半导体性单壁碳纳米管更容易被氧化。利用金属性和半导体性单壁碳纳米管抗氧化能力的不同,采用CeO2作为催化剂载体,利用其氧化性,在单壁碳纳米管的生长过程中选择性氧化金属性单壁碳纳米管,直接在便于器件制作的siO2/si基底表面实现了半导体性单壁碳纳米管的选择性生长。半导体性单壁碳纳米管的选择性与生长时催化剂的预还原时间和碳纳米管的生长时间有关。随着催化剂预还原时间的减少或碳纳米管生长时间的减少,半导体性单壁碳纳米管的含量增加。催化剂预还原时间和碳纳米管生长时间的延长都会减少Ce02中活性氧的浓度,从而降低碳纳米管生长的选择性。这一实验结果以及采用不具有氧化性的siO2作为载体的对照实验证明了ceO2的引入是使得生长过程具有选择性的原因。 (2)根据碳纳米管生长的气-液-固(VLS)机理,碳纳米管的直径和催化剂颗粒的尺寸相关。通过采用具有确定结构的、尺寸完全一致的Fe-Mo纳米团簇作为催化剂前驱体,在石英基底表面制备了有取向的直径分布较窄的单壁碳纳米管阵列,详细研究了生长条件的变化对单壁碳纳米管直径的影响。随着生长温度的升高,单壁碳纳米管平均直径变大,并且直径分布变宽。催化剂前驱体在空气中的灼烧会使得纳米团簇中钼含量降低,并且催化剂颗粒发生团聚,使得生长的单壁碳纳米管直径分布变宽。采用铁盐和钼盐的混合物作为催化剂前驱体的对照实验制备的单壁碳纳米管直径分布很宽。证明采用尺寸一致的Fe-Mo纳米团簇是控制单壁碳按米管直径的关键因素。