碳纳米管器件原理和应用
碳纳米管器件原理和应用
碳纳米管器件原理和应用姓名：***专业：应用物理学号：**********摘要：纳米材料被誉为是21 世纪的重要材料，它将构成未来智能社会的四大支柱之一。
碳纳米管在纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。
碳纳米管具有独特的结构形态和优异的电学、力学等性能，碳纳米管的独特结构和优异的物理力学性能使它成为纳米科技领域中构筑纳尺度器件和系统的重要基础，为纳米科技领域的创新提供着持续强劲的原动力。
碳纳米管在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件、平板场致发射显示器以及碳纳米管微操作等，碳纳米管独特的结构和优良性能使其在纳米技术和纳米电子学领域扮演着愈来愈重要的角色，本文综述了碳纳米管器件的原理和应用。
关键词：碳纳米管器件、场效应管、单电子晶体管、电磁屏蔽复合材料、聚合物基吸波复合材料、超电容器电极材料、储氢材料、催化剂载体正文：一、碳纳米管器件的制备原理碳纳米管的生长和制备是场致发射显示器研制中关键的一个环节。
目前，人们可以利用激光轰击法、化学汽相沉积法、辉光放电法、直流电弧放电法、气体燃烧法、催化剂高温热解法等多种方法制备碳纳米管。
在这些技术当中，直流电弧放电法的生产工艺简单，可以大批量生产。
虽然目前已经有很多种制备碳纳米管的方法，但是碳纳米管的大量制备仍然是以电弧放电法和高温催化热解法为主。
其中电弧放电法可以获得具有较高程度石墨化结构的碳纳米管，十分适用于理论研究的需要。
C.Journet等人采用电弧法的工艺过程如下：在氩气气氛下，利用阴阳两个电极之间的大量放电现象来实现碳纳米管材料的生长。
阴极是一个长约100mm、直径大约6mm的石墨棒，上面刻蚀了一个4mm深、3.5mm 直径大小的孔洞，利用金属催化剂和石墨粉末的混合物进行填充。
利用大约为100A的高电流来产生电弧放电，通过不断移动阳极，同时保持阴极和阳极之间的间距为常数（大约为3mm）来实现的。
碳纳米管技术在电子器件中的应用
碳纳米管技术在电子器件中的应用随着科技的不断发展，电子器件已经成为我们日常生活中必不可少的一部分。
而碳纳米管技术的应用也愈发广泛，成为了电子领域中的焦点之一。
那么，这项技术是如何在电子器件中应用的呢？碳纳米管技术是指利用碳纳米管作为材料，制造出各种电子器件的技术。
碳纳米管有着极高的机械强度和导电性能，是当前最为优秀的纳米材料之一。
在电子器件中，对于电荷输运和电池储能效果均有显著的改善。
以下是碳纳米管技术在电子器件领域中的具体应用。
1.在晶体管中的应用在针对半导体材料的微电子设备中，晶体管是最常见的电子元件之一。
晶体管是一种半导体器件，能够控制电流的流动。
碳纳米管技术被应用在晶体管中，可以使晶体管的机械强度和电学性能都有大幅度提高。
具体来说，当使用碳纳米管作为晶体管的通道时，电流密度会减小，而电导率与载流子迁移率则有所提高。
这就意味着，晶体管在工作过程中更为稳定，并且能够快速响应各种电流需求。
2.在太阳能电池中的应用太阳能电池是目前最为广泛应用的电池之一，重要的一个方面是有多个图层和层次。
这样可以提高电池的效率并降低能量损耗，从而实现更长的电池寿命和更高的能源利用效率。
碳纳米管技术被广泛应用于太阳能电池的生产中，通过加入碳纳米管，电池的导电性能得到了显著的增强，有些太阳能电池的转换效率也得到了很大的提升。
3.在半导体器件中的应用在半导体器件中，硅是非常常见且重要的材料。
使用碳纳米管来替代一些硅元素的应用，可以使得半导体器件更轻、更薄和更高效。
例如，在IC芯片中，使用碳纳米管替代传统的铜电线可以降低振铃噪声，进而提高系统的稳定性和可靠性。
4.在电池的测试中的应用碳纳米管技术被广泛应用于各种类型的电池测试中。
尤其是在锂离子电池和金属离子电池中，碳纳米管能够显著的提高放电的速度和流动性，并使得电池得到更好的储能效果。
同时使用碳纳米管制造电池还能降低电池的重量，提高电池寿命，并减少电池对环境的污染。
总之，碳纳米管技术在电子器件中的应用极为广泛。
碳纳米管的工作原理
碳纳米管的工作原理碳纳米管作为一种具有材料学和纳米科技领域重要应用前景的纳米材料，其独特的结构和优异的性能引起了广泛的关注和研究。
本文将介绍碳纳米管的工作原理，包括结构形貌、电子结构及其在电子学、能源和材料等领域的应用。
一、碳纳米管的结构形貌碳纳米管是由碳原子按照特定方式排列而形成的一种纳米材料。
其结构可分为单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs）两种。
单壁碳纳米管由一个层状的碳原子构成，形成一个中空的圆筒状结构；而多壁碳纳米管则是由多个套在一起的单壁碳纳米管形成。
碳纳米管的直径可在纳米尺度下，长度则可从纳米到微米不等。
二、碳纳米管的电子结构碳纳米管的电子结构由它特殊的晶格结构所决定。
SWCNTs的电子结构可以分为金属型和半导体型。
金属型SWCNTs具有导电性能，其带电子结构中存在不同对于带底和带顶的π键态。
而半导体型SWCNTs则具有带隙，在带电子结构中存在占据和未占据的π键态之间的能隙。
MWCNTs的电子结构则比SWCNTs复杂，由于多层的存在，形成了更多的能带结构。
三、碳纳米管在电子学中的应用由于碳纳米管具有良好的电导性和导热性能，使得它在电子学领域具有广泛的应用潜力。
碳纳米管可以作为电子器件的导线或晶体管的栅极，实现电流的快速传输和控制。
其极小的尺寸和高度延展性也使得碳纳米管可以用于构建高密度的集成电路，并在纳米尺度上实现电子元件的微缩和高性能的实现。
四、碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管在能源领域的应用主要集中在电池、超级电容器和燃料电池等方面。
碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，这使得它在电化学能量转换和储存中具有重要的作用。
碳纳米管可以用作电极材料，提高电池和超级电容器的性能，并且可以提高储能密度和充放电速度。
五、碳纳米管在材料领域的应用碳纳米管以其高强度、高刚性和轻质的性质在材料领域有着广泛的应用前景。
碳纳米管在电子设备中的应用
碳纳米管在电子设备中的应用碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种由碳原子组成的纳米管，具有高强度、高导电性、高热导性和化学稳定性等特点，因此被广泛应用于电子设备中。
一、碳纳米管的制备碳纳米管可以通过多种方法制备，如电弧放电法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法等。
其中，化学气相沉积法是应用最广泛的一种方法。
该方法的原理是在高温下通过碳源和催化剂的反应生成碳纳米管。
二、碳纳米管在电子设备中的应用1.场发射器件碳纳米管具有极高的电子发射效率，因此被广泛应用于场发射器件中。
在场发射器件中，利用碳纳米管产生的高密度电子束来发射电子，从而实现电子设备的高性能和高效率。
2.半导体器件碳纳米管具有优异的电子传输性能，因此被广泛应用于半导体器件中。
碳纳米管作为半导体元件的导电通道，具有高速度和低电压的特点，可以用于制作高速电路和低功耗电路。
3.存储器件碳纳米管具有高密度和高可靠性的特点，因此被广泛应用于存储器件中。
利用碳纳米管作为储存材料，可以增大存储容量，提高读写速度和可靠性。
4.传感器碳纳米管具有优异的机械强度和灵敏度，因此被广泛应用于传感器中。
利用碳纳米管作为敏感材料，可以制作高灵敏度和高分辨率的传感器，用于检测压力、重量、形状等参数。
三、碳纳米管在电子设备中的优势与传统电子设备材料相比，碳纳米管具有以下优势：1.高强度：碳纳米管的强度是钢铁的6倍，可以制作出更坚固和轻量化的电子设备。
2.高导电性：碳纳米管的导电性比铜高100倍，可以制作出更高效的电子设备。
3.高热导性：碳纳米管的热导性比铜高10倍，可以更好地散热，避免电子设备过热的问题。
4.化学稳定性：碳纳米管具有优异的化学稳定性，可以避免电子设备受到化学腐蚀的影响。
四、碳纳米管在电子设备中的挑战尽管碳纳米管在电子设备中具有广阔的应用前景，但是仍面临以下挑战：1.制备成本高：碳纳米管的制备过程复杂，需要高温和高压条件，导致制备成本高。
2.制备工艺不稳定：碳纳米管的制备工艺不稳定，导致产品质量不均匀，难以达到商业化生产的要求。
碳纳米管的应用及原理
碳纳米管的应用及原理1. 碳纳米管的定义和结构•碳纳米管是由碳原子构成的纳米材料，具有管状结构。
•碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种结构。
•单壁碳纳米管由一个或数个层的碳原子螺旋而成，多壁碳纳米管则是由多个同心管层构成。
2. 碳纳米管的制备方法•弧放电法：通过在高温下对碳材料进行电弧放电，产生碳纳米管。
•化学气相沉积法：通过气相反应，在催化剂的作用下生成碳纳米管。
•化学气相氧化法：通过将碳材料在气相氧化条件下进行氧化，生成碳纳米管。
3. 碳纳米管的应用领域3.1 电子器件•碳纳米管作为晶体管的替代材料，用于制造更小、更快的电子器件。
•碳纳米管晶体管具有优异的导电性能和较小的尺寸，可用于构建高密度的集成电路。
3.2 能源存储•碳纳米管可以用作电容器的电极材料，具有高比表面积和良好的电导性能，可用于高性能超级电容器和锂离子电池。
3.3 复合材料•碳纳米管可以与其他材料复合，形成高强度、高导热性能的复合材料。
•碳纳米管复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑材料等领域。
3.4 生物医学•碳纳米管可以用作药物传递系统，通过改变表面性质和结构，实现对药物的控制释放。
•碳纳米管还可以用于组织工程和生物传感器等生物医学应用。
4. 碳纳米管的原理•碳纳米管的特殊性质与其结构密切相关，具体原理如下： ### 4.1 共价键结构•碳纳米管由碳原子共价键构成，共价键的特性决定了碳纳米管的稳定性和强度。
### 4.2 π-电子共轭结构•碳纳米管的π-电子共轭结构使其具有导电性能，可用于电子器件和能源存储。
### 4.3 杂质掺杂•在碳纳米管中引入不同的杂质，可以改变其导电性能、光学性质和化学性质，拓展了其应用领域。
5. 总结•碳纳米管作为一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
•通过不同的制备方法和控制条件，可以得到具有不同结构和性质的碳纳米管。
•碳纳米管的应用领域包括电子器件、能源存储、复合材料和生物医学等。
碳纳米管原理
碳纳米管原理碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米级管状结构，具有极高的强度和导电性能，因此在材料科学领域具有广泛的应用前景。
碳纳米管的原理涉及到碳原子的排列方式和空间结构，下面将对碳纳米管的原理进行详细介绍。
首先，碳纳米管的结构可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。
单壁碳纳米管由一个层状的碳原子排列而成，形成一个中空的管状结构；而多壁碳纳米管则是由多个同心圆的层状结构叠加而成。
这种特殊的结构使得碳纳米管具有优异的力学性能和电学性能。
其次，碳纳米管的原理还涉及到碳原子的sp²杂化轨道结构。
在碳纳米管中，每个碳原子都形成了三个sp²杂化轨道，这使得碳原子之间能够形成稳定的共价键。
由于碳原子的sp²杂化轨道结构，碳纳米管具有了很高的结构稳定性和强度，使其成为一种理想的纳米材料。
此外，碳纳米管还具有优异的电学性能。
由于碳原子的sp²杂化轨道结构，碳纳米管中的电子能够在管状结构中自由传输，因此具有极高的电导率和载流子迁移率。
这使得碳纳米管成为一种理想的导电材料，在电子器件和传感器领域具有广泛的应用前景。
最后，碳纳米管的原理还涉及到其在纳米尺度下的量子效应。
由于碳纳米管的尺寸在纳米级别，因此会出现量子尺寸效应，使得其具有独特的光学和电学性质。
这种量子效应为碳纳米管在纳米器件和纳米材料领域的应用提供了新的思路和可能性。
总之，碳纳米管的原理涉及到其特殊的结构、碳原子的sp²杂化轨道结构、优异的电学性能以及纳米尺度下的量子效应。
这些原理使得碳纳米管成为一种具有广泛应用前景的纳米材料，在材料科学和纳米技术领域具有重要的研究和应用价值。
碳纳米管简介及应用
碳纳米管载体
4.碳纳米管负载非晶态合金催化剂
超细粒子非晶态合金不但具有比表面积大、表面能高，而且
还具有短程有序、长程无序的结构特点是一种理想的催化材料， 但纯态的超细非晶态合金存在热稳定性差、催化剂成本高且难于
产物分离等特点。工业应用难度较大，通常是把非晶态合金负载
于一定的载体上，不仅能降低催化剂的制备成本，而且还能大大 改善催化性能、提高催化剂的热稳定性、是非晶态合金催化剂工
（3）碳纳米管作为催化剂载体的应用
1. 碳纳米管负载纳米金属催化剂 在碳纳米管的表面包裹或复合金属物质，不仅可以改善其导 电性、抗腐蚀性、润滑性、硬度等物理性能还可以使碳纳米管与 金属基体之间的结合力加强。同时由于碳纳米管自身具有较高的 比表面积，使得金属颗粒能够较好的分散，从而具有较高的催化 活性。金亚旭等用等体积浸渍法制备的纳米碳管负载金属镍催化 剂，研究表明，碳纳米管所负载的镍催化剂在叶绿素加氢反应中 能够保持高分散态，不会发生团聚，且有较高的反应活性能使叶 绿素分子开环生成各种小分子。
碳纳米管
碳纳米管具有独特的结构和物理化学性质并有潜
在的用途立刻引起物理、化学和材料等学科科学界的
极大兴趣，成为全世界研究的热点之一。同时，还由 于碳纳米管具有极大的比表面、优良的机械性能、化 学稳定性、以及独特的孔腔结构和吸附性能，也被认 为是一种优良的载体。
碳纳米管
（1）碳纳米管的结构
碳纳米管是碳的一种同素异形体，是由单层或多层石墨片围绕
碳纳米管载体
碳纳米管载体
2.碳纳米管负载纳米金属氧化物催化剂
Wang等采用改进的溶胶--凝胶法制备了多壁碳纳米管
TiO2/MWNTs复合光催化剂 ，结果表明 MWNTs与TiO2 之间的强相
碳纳米管的应用领域
碳纳米管的应用领域碳纳米管是由碳原子构成的一种纳米材料，具有很小的直径和长的长度。
它们具有许多独特的物理和化学性质，因此在许多领域具有广泛的应用。
以下是几个碳纳米管的主要应用领域：1.纳米电子学：由于碳纳米管具有优异的电子输运性能和尺寸效应，它们被广泛用于纳米电子学领域。
碳纳米管可以作为分子电子学器件中的传输通道、场效应晶体管(FET)中的通道材料，甚至可以用于构建纳米电路和纳米传感器。
2.纳米材料增强体：碳纳米管可以作为增强材料添加到金属基体或聚合物基体中，以增强材料的强度和刚度。
由于碳纳米管的高倍长比和优异的力学性能，它们被广泛应用于制备超强复合材料，如碳纳米管增强塑料、复合纤维材料和涂层。
3.能源存储与转换：碳纳米管的良好导电性和高比表面积使其成为能源存储和转换领域的理想材料。
碳纳米管电极可用于高性能的锂离子电池、超级电容器和燃料电池。
此外，碳纳米管还可以用于太阳能电池中的光电转换材料。
4.纳米医学：碳纳米管在纳米医学领域具有广阔的应用前景。
其特殊的物理和化学性质赋予其在药物运输、生物成像和癌症治疗方面的突出潜力。
碳纳米管可以作为药物载体，用于传递抗癌药物和其他生物活性物质。
此外，碳纳米管还可以用于磁共振成像、荧光成像和近红外成像等生物成像技术。
5.环境污染治理：碳纳米管在环境领域中有着重要的应用潜力。
碳纳米管可以用于吸附和去除水中的重金属离子、有机污染物和放射性物质。
此外，碳纳米管还可以用作气体传感器，用于检测和监测空气中的有害气体。
6.传感与检测：碳纳米管的高比表面积、高灵敏度和特殊的电子性质使其成为传感和检测领域的理想材料。
碳纳米管可以用来制造化学传感器、生物传感器和气体传感器。
它们可以检测和监测环境中的化学物质、生物分子和气体。
7.纳米催化剂：碳纳米管可以用作高效的催化剂载体，用于催化反应。
由于其高比表面积和优异的导电性，碳纳米管可以提高催化剂的活性和选择性。
它们可以用于催化剂的制备、催化反应的催化剂载体以及催化剂的固定化。
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碳纳米管器件原理和应用姓名：***专业：应用物理学号：**********摘要：纳米材料被誉为是21 世纪的重要材料，它将构成未来智能社会的四大支柱之一。
碳纳米管在纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。
碳纳米管具有独特的结构形态和优异的电学、力学等性能，碳纳米管的独特结构和优异的物理力学性能使它成为纳米科技领域中构筑纳尺度器件和系统的重要基础，为纳米科技领域的创新提供着持续强劲的原动力。
碳纳米管在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件、平板场致发射显示器以及碳纳米管微操作等，碳纳米管独特的结构和优良性能使其在纳米技术和纳米电子学领域扮演着愈来愈重要的角色，本文综述了碳纳米管器件的原理和应用。
关键词：碳纳米管器件、场效应管、单电子晶体管、电磁屏蔽复合材料、聚合物基吸波复合材料、超电容器电极材料、储氢材料、催化剂载体正文：一、碳纳米管器件的制备原理碳纳米管的生长和制备是场致发射显示器研制中关键的一个环节。
目前，人们可以利用激光轰击法、化学汽相沉积法、辉光放电法、直流电弧放电法、气体燃烧法、催化剂高温热解法等多种方法制备碳纳米管。
在这些技术当中，直流电弧放电法的生产工艺简单，可以大批量生产。
虽然目前已经有很多种制备碳纳米管的方法，但是碳纳米管的大量制备仍然是以电弧放电法和高温催化热解法为主。
其中电弧放电法可以获得具有较高程度石墨化结构的碳纳米管，十分适用于理论研究的需要。
C.Journet等人采用电弧法的工艺过程如下：在氩气气氛下，利用阴阳两个电极之间的大量放电现象来实现碳纳米管材料的生长。
阴极是一个长约100mm、直径大约6mm的石墨棒，上面刻蚀了一个4mm深、3.5mm 直径大小的孔洞，利用金属催化剂和石墨粉末的混合物进行填充。
利用大约为100A的高电流来产生电弧放电，通过不断移动阳极，同时保持阴极和阳极之间的间距为常数（大约为3mm）来实现的。
典型的生长时间为2min。
从SEM的结果看，存在着大量的、相互缠绕的碳纤维材料均匀地分布在至少为几个平方毫米的衬底表面上，碳纳米管的直径为10~20nm，而两个缠绕点之间的平均距离在几个微米左右，但是看不出碳纳米管的顶端。
估计碳纳米管的产量在百分之八十左右。
碳纳米管的电学性能，单壁碳纳米管既可表现为金属性，又可表现为半导体性；电子在碳纳米管中可实现弹道式传输，无电子散射发生，无能量损失；碳纳米管的通流能力可以达到109− 1010A/cm2，并在较高的温度下稳定地存在而没有电迁移现象；碳纳米管的电流传输具有螺旋特征，使其磁场分布主要集中在碳管的内部；碳纳米管的场发射特性具有相对低的开启电压和阈值电压、良好的场发射稳定性和长的发射周期；碳纳米管的微波介电特性使其表现出较强的宽带微波吸收性能。
碳纳米管的力学性能，比重为钢的1/6，强度为钢的100 倍，杨氏模量可达1000 GPa，比金刚石高好几倍，弹性模量可达 1 TPa；具有高弹性，高的韧性；通过材料的响应，直接把电能转化为机械能。
碳纳米管的热学性能，实验测得单根多壁碳纳米管室温下的热导率可达到3000 W/mK；分子动力学模拟预测单壁碳纳米管的轴向热导率室温下可达到6600 W/mK，与金刚石相当。
二、碳纳米管器件的应用1、基于碳纳米管场效应管构建的纳电子逻辑电路[1]首先利用Pt作为源漏电极材料,单壁碳纳米管作为输运沟道的场效应管和扫描电子显微镜，制备基于单壁碳纳米管的p型场效应管的构建。
重掺杂的硅片作为基底,其上面热生长一层200 nm厚的二氧化硅作为绝缘层,Si作为门电极,然后采用光刻技术在SiO2上制备Au 电极图案(作为源漏电极的引出).单壁碳纳米管经由1,2_二氯乙烷分散在SiO2表面,随后利用离子束技术沉积一层厚50 nm的Pt,一端连接单壁碳纳米管,另一端则连接作为引出用的Au电极.我们测量了沟道在500 nm)3Lm的多个样品,得到了相似的电学特性测量结果.在制备场效应管的过程中,利用扫描电子显微镜来表征单壁碳纳米管在SiO2上的分散,以选择合适的单壁碳纳米管来作为场效应管的沟道.由于扫描电子显微镜的分辨率限制,难以观察到单根单壁碳纳米管,使得在选择构建场效应管的单壁碳纳米管时无法利用单根的碳纳米管,只能选取由多根单壁碳纳米管的管束作为场效应管的输运沟道.在本中,测量的单壁碳纳米管束的直径大多在10 nm左右。
基于掺氮多壁碳纳米管的n型场效应管的构建与p型碳纳米管场效应管的结构相似。
单个p型碳纳米管场效应管的开关电路:图7(a)是单个p型碳纳米管场效应管的开关电路,电源电压为-5 V,偏置电阻为015 M8,取低电平为-5 V(逻辑1),高电平为0 V(逻辑0),p型场效应管由Pt作为源漏电极,单壁碳纳米管作为沟道,当输入电压Vin= -5 V(逻辑1)时,碳纳米管场效应管处于开启状态,器件的电阻远小于偏置电阻,因此电源电压降在偏置电阻上,输出电压为0 V(逻辑0);当输入电压Vin=0 V(逻辑0)时,场效应管处于截止状态,此时电源电压降在场效应管两端,输出电压为-5 V(逻辑1)。
碳纳米管场效应管开关电路的电压传输特性曲线如图7(b)所示.互补碳纳米管场效应管反相器：图8(a)是互补型碳纳米管场效应管反相器的电路示意图,由一个p型碳纳米管场效应管和一个n型碳纳米管场效应管组成,电源电压为-2 V,n型掺氮碳纳米管场效应管以Pt作为源漏电极,掺氮碳纳米管作为沟道,这两个碳纳米管场效应管在同一个硅片上得到.当输入电压Vin= -5 V时,p型碳纳米管场效应管开启,n型碳纳米管场效应管截止,输出电压为0 V;当输入电压Vin=0 V 时,n型碳纳米管场效应管开启,p型碳纳米管场效应管截止,因而输出电压为-2 V。
图8(b)是实际测量的电压传输特性曲线。
2、基于碳纳米管的单电子晶体管[2]解决传统硅基微电子学的瓶颈的未来出路之一就是单电子晶体管的应用。
但是其极低的工作温度严重限制了广泛应用的可能性。
科学家们利用弯曲的金属型碳纳米管表现出纳米尺寸的隧穿势垒现象,结合单电子晶体管的结构,将两个金属型碳纳米管的强烈弯曲处组合在一起从而形成一个单电子晶体管。
2001年Postma等报道了这种工作在室温下的基于单个金属型碳纳米管分子的单电子晶体管。
一根金属型碳纳米管生长在位于Si/SiO2衬底上的Au电极上,然后用AFM的探针沿箭头方向拖动碳纳米管,使其产生两个强烈弯曲,它们之间一段长约25 nm的碳纳米管就形成了一个“库仑岛”。
Bachtold等制作了以单壁碳纳米管为基础的场效应管演示逻辑电路,单壁碳纳米管构成的晶体管具有高增效、快速开关、室温可用等特性,而且局部门电路设计可集成多个装置到单个芯片上。
Collins等讨论了碳纳米管及碳纳米管集成电路的工程化问题,使碳纳米管在纳米电子器件应用方面又前进了一步。
采用简单可靠的方法从多壁碳纳米管和单壁碳纳米管管束中选择单根碳纳米管,通过在碳纳米管两端施加电流使其从外向内逐渐氧化,将多壁碳纳米管各层一步一步剥离并测定各层性质,进而选择具有所需要属性的单层,这一过程可从多壁碳纳米管的各层选择呈金属性或半导体性的单层,采用相似方法可从单壁碳纳米管管束中选择出半导体单壁碳纳米管组成纳米场效应晶体管阵列,构成集成电路。
单电子记忆:依据单电子晶体管/库仑岛0上存在或缺乏一个电子的状态变化,单电子晶体管可作高密度信息存储的记忆单元,成为未来数字电脑的标准部件。
日本已研制出能在室温下工作的单电子存储器,它比现在最先进的16 MB的DRAM存储器存储容量增大1 000倍,达160亿位存储量,将来最终可增大到6万倍。
超敏感电流计:可对极微弱的电流进行测量,制成超高灵敏度的静电计。
微波探测:超导单电子晶体管在黑体辐射下,光子辅助隧穿会影响这个系统的电荷迁移。
实验发现,只要有微量的微波辐射,器件的电子性质会出现新的特性,出现隧穿电流峰,且其大小与被吸收微波的功率成正比。
这种单电子晶体管对微波的敏感度比目前最好的辐射热器件要敏感100倍。
所以,单电子晶体管在微波探测上的发展前景是十分可观的。
[3]3、碳纳米管在电磁屏蔽复合材料中的应用[4]碳纳米管在电磁场的辐射下，原子和电子运动加速，增加了对电磁波的吸收性能，而且由于比表面积大，易于形成导电网络，大量地应用到电磁屏蔽涂料中。
目前，在宏观量合成和纯化碳纳米管的技术日趋完备后，随着碳纳米管的量产已经开始了这方面的研究，国外已开发出含碳纳米管的电磁屏蔽涂料。
中国科学院成都有机化学研究所国家纳米科学中心冯永成等也开展了碳纳米管在导电涂料中的应用研究。
他们将碳纳米管用热的浓硝酸进行纯化和表面处理，再用球磨截断处理，然后与E-51环氧树脂混合，进行超声振荡制备了导电涂料。
范凌云等将碳纳米管经过超声处理和经过十八醇表面包覆改性处理后，填充到丙烯酸酯树脂中，制得一系列丙烯酸/碳纳米管电磁屏蔽涂料。
由于碳纳米管表面缺陷少、又缺乏活性基团，因此表现出难溶性，再加上其不熔性使其很难直接进行加工，但是从结构上来看，由sp2碳原子组成的碳纳米管可以被视为线性富勒烯分子，每个碳原子的一个垂直于骨架平面的p轨道形成高度离域化的大π键，能与含有π电子的化合物通过π-π非共价键作用相结合，可以得到化学修饰的碳纳米管。
吕满庚等将碳纳米管羧酸化和酰氯化，再通过乙二胺修饰碳纳米管，破坏碳纳米管之间的亲和力，有利于其在基体树脂中的分散；再通过溶剂溶解、超声波高速搅拌处理，使碳纳米管分散于基体树脂中，最后用芳香胺固化，就可得到碳纳米管，环氧树脂复合材料。
黄德欢等通过对碳纳米管进行酸碱氧化处理来提高表面官能化的效率，降低碳纳米管的表面能，再添加到马来酸酐接枝聚丙烯中，经过熔融反应，制备了碳纳米管，聚丙烯复合材料。
4、碳纳米管在聚合物基吸波复合材料中的应用[5]吸波材料是随着科学技术的发展及雷达电子探测技术的不断提高而研制出的反雷达材料，最先应用于军事"随着雷达探测技术的发展以及目标外形技术越来越受到战术技术指标的限制，原有的隐身技术及吸波材料面临着很大的挑战，迫切需要开发新型吸波材料和相应的隐身技术"为适应现代高技术!立体化战争的需要，将纳米技术引入隐形材料的研究开发已受到世界各军事大国的高度重视"纳米吸波材料具有吸收强!频带兼容性好!质量轻!厚度薄!性能稳定等优点，是一类新型的吸波材料"。
碳纳米管属于一维纳米材料，纳米粒子的小尺寸效应!表面界面效应( 比表面积大) "量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使其具有奇特的光!电!磁!声等性质，从而使得碳纳米管的性质不同于一般的宏观材料"纳米粒子尺度( 1-100nm) 远小于红外线(1-1000μm) 及雷达波( 属于厘米波或毫米波) 波长，因此纳米材料对红外及微波的吸收性较常规材料强"纳米材料具有比常规粗粉体材料大3~4个数量级的高比表面积，随着表面原子比例的升高，晶体缺陷增加!悬挂键增多，容易形成界面电极极化，高的比表面积又会造成多重散射，因此界面极化和多重散射成为重要的吸波机制"在原子排列较庞大的界面中及具有晶体畸变!空位等缺陷的纳米粒子内部形成的固有电矩，在微波场的作用下，由于取向极化，提高了纳米粒子的介电损耗"量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级由连续的能谱变为分裂的能级，分裂的能级间隔正处于与微波对应的能量范围(10-2~10-5ev) 内，从而导致新的吸波效应"一般认为，纳米吸波材料对电磁波能量的吸收是由晶格电场热运动引起的电子散射，杂质和晶格缺陷引起的电子散射，以及电子与电子之间的相互作用等三种效应决定的"碳纳米管具有特殊的螺旋结构和手征性，这也是碳纳米管吸收微波的重要机理"碳纳米管具有特殊的电磁效应，表现出较强的宽带吸收性能，而且具有比重小!高温抗氧化性!介电性能可调!稳定性好等优点"5、碳纳米管作为超电容器电极材料超电容器是一种能量存储装置。