单壁碳纳米管水平阵列是构建构筑下一代碳基纳电子器件的理想材料，已在存储器、传感器、集成电路芯片等领域展现出诱人的应用前景。然而，如何实现碳纳米管水平阵列结构的精细调控，如密度、导电属性、手性等，是其真正应用的前提，也是该研究领域的巨大挑战。本论文以实现单壁碳纳米管在未来纳电子器件中的应用为牵引，通过催化剂设计、生长气氛调节和生长动力学控制，旨在制备高密度、半导体性和特定手性的单壁碳纳米管水平阵列，从材料制备角度出发，努力解决单壁碳纳米管在未来应用中的瓶颈问题。主要研究结果如下:　　(1)提高碳纳米管水平阵列密度方面:针对单次加载催化剂生长效率低的问题，设计了特洛伊催化剂。通过高温退火，让铁催化剂融在氧化铝基底里，生长时再慢慢析出，这种融入-析出机制在碳管生长过程中减少了活性催化剂之间的相互聚集，显著提高催化剂效率，实现超高密度（130根/微米）单壁碳纳米管水平阵列的制备。进一步，针对析出的特洛伊催化剂在氧化铝基底表面迁移厉害，我们引入另一种钼催化剂，钉扎在氧化铝表面，抑制析出铁的聚集，通过铁钼协同，得到大面积(1.5cm×3cm)，局部达到160根/微米的单壁碳纳米管水平阵列。　　(2)直接生长半导体性单壁碳纳米管阵列方面:针对传统催化剂与碳纳米管界面难以调控，选择含氧缺陷的二氧化钛作为催化剂，在合适的氧空位浓度下，半导管跟催化剂的生成能小于金属管，从而实现10根/微米，半导体管含量超过95％的碳管水平阵列制备。另外，针对原位生长难以同时获得高密度管和高半导体选择性，提出在协同催化生长大面积超高密度碳管的基础上，引入甲烷，利用其催化裂解产生比较温和的氢自由基，原位抑制金属性碳管的生长，同时对半导体性碳管刻蚀不明显，获得密度超过100根/微米、半导体管含量大于91％的大面积碳管水平阵列。　　(3)选择性生长特定手性单壁碳纳米管阵列方面:针对尺寸不均一催化剂，通过选择性成核，实现单晶基底上亚纳米直径碳管水平阵列生长，84％碳管的直径分布在0.75～0.95nm，而且(8，4)，(8，5)和(7，6)的总比例超过73％。进一步，发展了自发单分散法制备高熔点均一碳化物催化剂。在此基础上，结合碳管和催化剂对称性匹配的成核热力学以及生长动力学分析，选择合适的生长条件，实现10根/微米，80％含量的(8，4)管和20根/微米，90％含量的(12，6)管水平阵列制备。