隨著微處理芯片速度的不斷提升，CMOS上的銅互連技術(shù)正在成為瓶頸。一種可能的替代方案是使用電子遷移率更高、尺寸更小的碳納米管。1991年日本NEC的飯島在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是“碳納米管（CarbonNanotube）”，又名巴基管。
碳納米管具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征（圖1），構(gòu)成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準(zhǔn)圓管結(jié)構(gòu)，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成，端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，或者稱(chēng)為多邊錐形多壁結(jié)構(gòu)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。
目前常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相淀積法（碳?xì)錃怏w熱解法），固相熱解法、輝光放電法和氣體燃燒法等以及聚合反應(yīng)合成法。電弧放電法是生產(chǎn)碳納米管的主要方法。使用這一方法制備碳納米管技術(shù)上比較簡(jiǎn)單，但是生成的碳納米管與C60等產(chǎn)物混雜在一起，很難得到純度較高的碳納米管，并且得到的往往都是多層碳納米管，而實(shí)際研究中人們往往需要的是單層的碳納米管。此外該方法反應(yīng)消耗能量太大。近年來(lái)發(fā)展出了化學(xué)氣相淀積法，或稱(chēng)為碳?xì)錃怏w熱解法，在一定程度上克服了電弧放電法的缺陷。這種方法是讓氣態(tài)烴通過(guò)附著有催化劑微粒的模板，在800~1200度的條件下，氣態(tài)烴可以分解生成碳納米管。這種方法突出的優(yōu)點(diǎn)是殘余反應(yīng)物為氣體，可以離開(kāi)反應(yīng)體系，得到純度比較高的碳納米管，同時(shí)溫度亦不需要很高，相對(duì)而言節(jié)省了能量。但是制得的碳納米管管徑不整齊，形狀不規(guī)則，并且在制備過(guò)程中必須要用到催化劑。
根據(jù)大小、形狀的不同，碳納米管的電子屬性可以分為金屬性和半導(dǎo)體性?xún)煞N。在將碳納米管用作晶體管的過(guò)程中，科學(xué)家們遇到的難題是人工制造的碳納米管是金屬性和半導(dǎo)體性的混合體。這兩種屬性的碳納米管相互粘連成繩索狀或束狀，這樣就使碳納米管的用途大打折扣，因?yàn)橹挥邪雽?dǎo)體性的納米管才可以用作晶體管。而且，當(dāng)兩種屬性的碳納米管粘連在一起時(shí)，它的金屬性比半導(dǎo)體性還要強(qiáng)。
碳納米管構(gòu)成的納電子器件具有尺寸小、速度高、功耗低和造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，它將替代硅材料成為后摩爾時(shí)代的重要電子材料。但是，利用碳納米管構(gòu)筑納電子器件面臨著許多技術(shù)難題，碳納米管與金屬電極之間的連接就是碳納米管器件制造的工藝瓶頸問(wèn)題之一。
碳納米管在光伏領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用潛力，納米太陽(yáng)能電池有可能利用熱載流子、多能帶激發(fā)、熱光伏等原理產(chǎn)生更高的光電轉(zhuǎn)換效率。比如碳納米管肖特基勢(shì)壘太陽(yáng)電池(圖2)即采用取向均勻排布的多根單壁碳納米管焊接在金屬電極上，利用碳納米管與金屬電極之間形成的肖特基勢(shì)壘和一個(gè)背底柵極產(chǎn)生電流。這種新型太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)不需要半導(dǎo)體摻雜，從而沒(méi)有半導(dǎo)體摻雜所引起的不必要的缺陷和光生載流子復(fù)合損失。單壁碳納米管直徑約為1nm，具有明顯的量子限制效應(yīng)，從而有可能更有效地利用太陽(yáng)光子能量。但是由于所用半導(dǎo)體性碳納米管數(shù)量太少，有待解決大量半導(dǎo)體性單壁碳納米管的提純方法以后，才可能制備大面積碳納米管肖特基勢(shì)壘太陽(yáng)電池樣品。（作者：秦文芳）
碳納米管具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征（圖1），構(gòu)成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準(zhǔn)圓管結(jié)構(gòu)，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成，端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，或者稱(chēng)為多邊錐形多壁結(jié)構(gòu)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。
目前常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相淀積法（碳?xì)錃怏w熱解法），固相熱解法、輝光放電法和氣體燃燒法等以及聚合反應(yīng)合成法。電弧放電法是生產(chǎn)碳納米管的主要方法。使用這一方法制備碳納米管技術(shù)上比較簡(jiǎn)單，但是生成的碳納米管與C60等產(chǎn)物混雜在一起，很難得到純度較高的碳納米管，并且得到的往往都是多層碳納米管，而實(shí)際研究中人們往往需要的是單層的碳納米管。此外該方法反應(yīng)消耗能量太大。近年來(lái)發(fā)展出了化學(xué)氣相淀積法，或稱(chēng)為碳?xì)錃怏w熱解法，在一定程度上克服了電弧放電法的缺陷。這種方法是讓氣態(tài)烴通過(guò)附著有催化劑微粒的模板，在800~1200度的條件下，氣態(tài)烴可以分解生成碳納米管。這種方法突出的優(yōu)點(diǎn)是殘余反應(yīng)物為氣體，可以離開(kāi)反應(yīng)體系，得到純度比較高的碳納米管，同時(shí)溫度亦不需要很高，相對(duì)而言節(jié)省了能量。但是制得的碳納米管管徑不整齊，形狀不規(guī)則，并且在制備過(guò)程中必須要用到催化劑。
根據(jù)大小、形狀的不同，碳納米管的電子屬性可以分為金屬性和半導(dǎo)體性?xún)煞N。在將碳納米管用作晶體管的過(guò)程中，科學(xué)家們遇到的難題是人工制造的碳納米管是金屬性和半導(dǎo)體性的混合體。這兩種屬性的碳納米管相互粘連成繩索狀或束狀，這樣就使碳納米管的用途大打折扣，因?yàn)橹挥邪雽?dǎo)體性的納米管才可以用作晶體管。而且，當(dāng)兩種屬性的碳納米管粘連在一起時(shí)，它的金屬性比半導(dǎo)體性還要強(qiáng)。
碳納米管構(gòu)成的納電子器件具有尺寸小、速度高、功耗低和造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，它將替代硅材料成為后摩爾時(shí)代的重要電子材料。但是，利用碳納米管構(gòu)筑納電子器件面臨著許多技術(shù)難題，碳納米管與金屬電極之間的連接就是碳納米管器件制造的工藝瓶頸問(wèn)題之一。
碳納米管在光伏領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用潛力，納米太陽(yáng)能電池有可能利用熱載流子、多能帶激發(fā)、熱光伏等原理產(chǎn)生更高的光電轉(zhuǎn)換效率。比如碳納米管肖特基勢(shì)壘太陽(yáng)電池(圖2)即采用取向均勻排布的多根單壁碳納米管焊接在金屬電極上，利用碳納米管與金屬電極之間形成的肖特基勢(shì)壘和一個(gè)背底柵極產(chǎn)生電流。這種新型太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)不需要半導(dǎo)體摻雜，從而沒(méi)有半導(dǎo)體摻雜所引起的不必要的缺陷和光生載流子復(fù)合損失。單壁碳納米管直徑約為1nm，具有明顯的量子限制效應(yīng)，從而有可能更有效地利用太陽(yáng)光子能量。但是由于所用半導(dǎo)體性碳納米管數(shù)量太少，有待解決大量半導(dǎo)體性單壁碳納米管的提純方法以后，才可能制備大面積碳納米管肖特基勢(shì)壘太陽(yáng)電池樣品。（作者：秦文芳）
