控制碳纳米管生长出不同阵列结构的取向碳纳米管薄膜,是碳纳米管获得实际应用的关键。定向生长的碳纳米管阵列可用作超黑吸光材料,用于消除空间相机中光路传输过程产生的杂光,在高分辨率空间相机上具有很好应用前景。本文开展了两方面的工作,一是采用金属-有机化合物化学气相沉积工艺(MOCVD)制备了纳米Fe颗粒催化剂,用于实现碳纳米管阵列的可控制备;二是开展了CVD方法制备碳纳米管阵列的工艺研究。目前主要获得以下一些阶段性研究结果。MOCVD工艺通过控制二茂铁气相浓度、沉积温度及沉积时间来实现铁纳米颗粒的粒径及颗粒间距的调控。随着MOCVD工艺沉积时间由1min增加到8min,纳米铁颗粒粒径从5.2±2.4nm增大到44.3±10.7nm,颗粒间间距减小,颗粒粒径离散性大。沉积温度研究表明,随沉积温度升高有650℃增大到800℃时,催化剂颗粒尺寸从21.6nm增大到37nm。气相二茂铁浓度分数从0.007增大到0.014后颗粒粒径增大,颗粒间间距减小。另外,文章提出了一种简易的减少催化剂中碳含量的方法:水辅助金属-有机化合物化学气相沉积法。通过在沉积过程中引入水蒸气后,得到的催化剂的主要物相为氧化亚铁,碳含量由15.94at%减小到1.25 at%。利用二维CFD软件FLUENT模拟了MOCVD过程中二茂铁分解反应模型。应用两相扩散、空间化学反应、颗粒表面化学反应,分析了不同气相浓度和反应温度下反应腔内颗粒浓度分布情况及化学反应速率。分析结果表明,气相浓度增大后反应腔内颗粒密度增大,进而增加了颗粒碰撞频率;温度增大加快了化学反应速率,大大提高了颗粒碰撞频率,颗粒粒径增大。碳纳米管阵列的生长过程受催化剂,生长温度,碳氢比例等工艺参数的影响。本文通过一系列研究发现,通过调整MOCVD生长的纳米Fe颗粒催化剂的粒径、分布及组成结构,能够有效地控制碳纳米管的直径。在MOCVD温度为700℃,二茂铁的气相浓度分数为0.007和反应时间3min的工艺条件时,得到的纳米Fe颗粒催化制备的碳纳米管阵列高度最高,为550.6μm。碳纳米管的沉积温度以及碳氢比例对生长阶段的影响主要体现在碳原子供应与消耗之间的平衡上。碳源比例过高或者温度过高,碳原子供应过量会使碳原子无法结晶而影响催化效果。对比实验表明,800℃下碳氢比例为3:4混合气体能够催化出形貌结构良好且杂质少的碳纳米管阵列。长度为550.6μm的碳纳米管阵列以固定入射角照射下,测得在200-2500nm光谱范围内光反射率最低为0.0046。表现出较为优异的近红外波段的光吸收率。