本书为“低维材料与器件丛书”之一。过去20余年，碳纳米管因其独特的结构和优异的性能而引起了全世界科学界和工业界的高度关注。由于碳纳米管的性能强烈依赖于结构，其结构控制制备技术就成为最根本的基础。本书基于著者多年的科研工作，并结合国内外最新研究进展，针对碳纳米管的结构控制制备，从碳纳米管的基本结构、性能与分类出发，系统而深入地介绍了碳纳米管的化学气相沉积制备方法；系统介绍了碳纳米管的壁数/直径/手性、水平/垂直阵列和碳纳米管薄膜的制备方法，并讨论了该领域的挑战与机遇。
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总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 碳纳米管的结构 1
1.2 碳纳米管的制备方法 3
1.2.1 电弧法 3
1.2.2 激光烧蚀法 4
1.2.3 其他制备方法 5
1.3 碳纳米管的性质及应用 5
1.3.1 碳纳米管的电学性质及应用 6
1.3.2 碳纳米管的力学性能 6
1.3.3 碳纳米管的光学性能 7
1.3.4 碳纳米管的热学性能 8
1.3.5 碳纳米管的场致发射性能 8
参考文献 9
第2章 碳纳米管的结构、表征及性质 15
2.1 碳纳米管的结构 15
2.1.1 碳纳米管的几何结构 16
2.1.2 碳纳米管的电子结构 17
2.1.3 碳纳米管的声子结构 19
2.2 碳纳米管的表征 20
2.2.1 碳纳米管的形貌表征 20
2.2.2 碳纳米管的直径表征 24
2.2.3 碳纳米管的电子结构表征 27
2.2.4 碳纳米管的螺旋角表征 30
2.2.5 碳纳米管的手性表征 32
2.3 碳纳米管的性质 40
2.3.1 碳纳米管的电学性质 40
2.3.2 碳纳米管的力学性质 42
2.3.3 碳纳米管的热学性质 44
2.3.4 碳纳米管的光学性质 45
2.3.5 碳纳米管的化学性质 46
参考文献 51
第3章 碳纳米管的化学气相沉积生长 60
3.1 化学气相沉积技术 61
3.1.1 化学气相沉积系统的组成 61
3.1.2 化学气相沉积技术的原理和理论模型 64
3.1.3 化学气相沉积技术的分类 65
3.1.4 碳纳米管的化学气相沉积制备 68
3.2 碳纳米管生长的催化剂 69
3.2.1 催化剂的分类 69
3.2.2 催化剂制备技术 73
3.2.3 催化剂对管壁数与直径的影响 78
3.2.4 催化剂对碳纳米管结构的影响 80
3.3 碳纳米管的生长机理与生长模式 81
3.3.1 碳纳米管的气-液-固和气-固生长机理 81
3.3.2 碳纳米管的生长模式 89
3.4 碳纳米管化学气相沉积生长过程的调控 96
3.4.1 温度对碳纳米管生长的影响 97
3.4.2 气氛对碳纳米管生长的影响 102
参考文献 106
第4章 碳纳米管水平阵列的化学气相沉积控制制备 111
4.1 碳纳米管水平阵列的结构、特性及应用 111
4.1.1 碳纳米管水平阵列的结构 111
4.1.2 碳纳米管水平阵列的特性及应用 112
4.2 晶格定向法制备碳纳米管水平阵列 119
4.2.1 碳纳米管水平阵列的分类与生长机理 119
4.2.2 晶格定向法制备高密度水平阵列 128
4.3 气流诱导法制备碳纳米管水平阵列 134
4.3.1 气流诱导法生长碳纳米管的机理 135
4.3.2 超长碳纳米管水平阵列的制备 136
4.3.3 壁数与直径控制 140
4.3.4 高密度超长碳纳米管水平阵列的生长 142
4.3.5 碳纳米管水平阵列的光学可视化及可控操纵 144
4.4 电场诱导法制备碳纳米管水平阵列 150
4.4.1 电场诱导定向的机理 151
4.4.2 电场诱导碳纳米管生长的影响因素 153
参考文献 157
第5章 碳纳米管垂直阵列的化学气相沉积控制制备 164
5.1 碳纳米管垂直阵列的结构、性质及应用 164
5.1.1 碳纳米管垂直阵列的结构 164
5.1.2 碳纳米管垂直阵列的性质及应用 168
5.2 碳纳米管垂直阵列的制备方法及原理 175
5.2.1 浮动催化剂法及原理 175
5.2.2 预沉积催化剂法及原理 176
5.2.3 模板法及原理 179
5.2.4 碳纳米管垂直阵列的转移 180
5.3 单壁碳纳米管垂直阵列的制备 181
5.3.1 调控催化剂法 181
5.3.2 水辅助化学气相沉积法 183
5.3.3 氧辅助化学气相沉积法 186
5.4 超顺排碳纳米管垂直阵列的制备 187
5.4.1 超顺排碳纳米管垂直阵列的结构及应用 187
5.4.2 超顺排碳纳米管垂直阵列的制备方法 192
5.5 高密度碳纳米管垂直阵列的制备 195
5.5.1 调控催化剂法 195
5.5.2 调控缓冲层法 198
5.5.3 后处理法 199
参考文献 201
第6章 碳纳米管宏观体的控制制备 209
6.1 碳纳米管宏观体简介 209
6.2 碳纳米管三维宏观体的制备、性质及应用 210
6.2.1 碳纳米管三维宏观体的制备 211
6.2.2 碳纳米管三维宏观体的性质及应用 216
6.3 碳纳米管二维宏观体的制备、性质及应用 218
6.3.1 碳纳米管二维宏观体的制备 218
6.3.2 碳纳米管二维宏观体的性质及应用 223
6.4 碳纳米管纤维的制备 230
6.4.1 碳纳米管纤维的结构、性质及应用 230
6.4.2 湿法纺丝 232
6.4.3 干法纺丝 235
参考文献 239
第7章 碳纳米管的导电属性与手性控制制备 247
7.1 金属/半导体型碳纳米管的选择性生长 247
7.1.1 气体刻蚀法 248
7.1.2 外场辅助法 253
7.1.3 催化剂设计法 256
7.1.4 碳源调控法 261
7.2 金属/半导体型碳纳米管的分离方法 265
7.2.1 生长后刻蚀法 266
7.2.2 胶带法 269
7.2.3 溶胶-凝胶色谱法 271
7.2.4 密度梯度超高速离心 273
7.2.5 利用生物分子的选择性分离方法 275
7.3 特定手性碳纳米管的控制制备 279
7.3.1 碳纳米管的成核热力学 279
7.3.2 碳纳米管的生长动力学 285
7.3.3 催化剂诱导的手性控制 288
7.3.4 无催化剂的碳纳米管外延生长及克隆 296
参考文献 301
第8章 总结与展望 307
8.1 碳纳米管的应用与需求 308
8.2 碳纳米管的控制制备方法总结 310
8.2.1 均一管径碳纳米管的制备 311
8.2.2 特定电子结构碳纳米管的制备 312
8.2.3 手性可控的碳纳米管合成 314
8.2.4 碳纳米管聚集态的控制 317
8.2.5 碳纳米管的宏量生产 319
8.3 展望 320
参考文献 322
关键词索引 327
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