碳纳米管独特的结构和丰富的性能使其有望成为纳电子器件领域的核心材料之一。精确控制碳纳米管的直径、导电属性甚至手性是将其应用于各个领域中的关键。本论文以碳纳米管的分离为研究目标，系统研究了电场效应在CVD体系对碳纳米管生长的影响，建立了电场辅助CVD直接生长金属性碳纳米管占优的碳纳米管阵列的方法。同时，还探讨了气流定向碳纳米管生长过程中热浮力与气流定向力对碳纳米管阵列质量的影响。论文主要内容如下：　　 超长碳纳米管阵列制备方面：讨论了雷诺系数和理查德系数对气流定向法生长超长碳纳米管阵列质量的影响。实验中我们发现并非雷诺系数小的体系，气体的流动状态稳定，一定会生长出超长碳纳米管阵列。其实，碳纳米管阵列的生长状态还与热浮力相关，表征热浮力大小的系数为理查德系数。若将理查德系数和雷诺系数展开，发现气体的流速对两者起决定作用。通过改变CVD体系气体流量和石英管管径，即间接改变气体的流速，系统的实验结果证明，增大管径或者减小气体流量，有利于得到大的热浮力和稳定的气流状态，是有利于生长碳纳米管阵列的。但同时热浮力对生长的作用又是矛盾的，即若热浮力太大，垂直于基底表面的气体对流运动将会扰乱稳定的层流状态，得不到平行排列的碳纳米管阵列，而热浮力过小，就没有超长碳纳米管阵列长出。所以合理控制热浮力和稳定的气流状态是气流定向法生长超长碳纳米管阵列的关键。除了从实验结果上验证热浮力的作用，还应用边界层的理论知识，对流速影响热浮力的关系作了合理的解释，即气体流速越大，到达基底表面时形成的边界层越薄，则热浮力作用范围也越小，反之则越大。　　 电场辅助CVD分离金属性碳纳米管阵列的理论基础和实验设计：首先，仔细分析和计算了气流定向法生长碳纳米管阵列时碳纳米管受到的各种作用力，利用热力学的知识计算了碳纳米管受到的热浮力和气流定向力，确认热浮力与温度差直接相关。而气流定向力与气体流速有很大关系，一般为pN量级，且其大小还与碳纳米管相对于气体流动方向的夹角有关。其次，计算了电场对碳纳米管的作用力。对金属性碳纳米管而言，在电场强度为2×104 V/m条件下（论文中实验条件下），电场力约为pN量级；而对于半导体性碳纳米管而言，电场力远比pN量级小得多，则认为在生长过程中电场对其不起作用。所以在沿气流定向生长的碳纳米管垂直方向上加载电场后，由于金属性碳纳米管受到的作用力相对比较大，和热浮力以及气流定向力相当，金属性碳纳米管将被“拔高”进入更高的层流层中生长，而半导体性碳纳米管没有电场力的作用，因为热扰动或其它扰动因素很可能与基底接触停止生长，故电场加载后易于获得金属性碳纳米管占优的超长碳纳米管阵列。　　 电场辅助CVD生长碳纳米管阵列的形貌与性质表征：使用直流和交流电源，进行了不同电场强度下，石英管管内和石英管管外加载电场的实验。从形貌上看，大部分碳纳米管生长一段时间后很快会停止在基底表面，部分碳纳米管端部成“花状”不规则形貌，说明电场加载后不仅仅是将碳纳米管“拔高”生长，还有“扰动”碳纳米管生长的作用。分析原因是因为在电场力和气流定向力共同作用下，扰动了碳纳米管正常的生长状态，这种“扰动”其实是不利于电场分离金属性碳纳米管阵列的。为了证实电场对金属性碳纳米管的分离作用，测试了远离催化剂区域碳纳米管的电学性质，结果显示随电场强度增加，金属性碳纳米管比例有增加的趋势，在电场强度达2×104V/m时，得到了金属性碳纳米管比例高达80％的碳纳米管阵列。我们认为对于金属性碳纳米管而言，在电场力的作用下进入了远离基底的层流中，即使受到“扰动”，在热浮力作用下，难于接触基底，进而继续沿着气流方向生长。而半导体性碳纳米管不受电场力作用，处于距离基底表面比较近的层流层中，在热扰动下，所以很容易接触基底停止生长，因此我们得到了金属性碳纳米管比例增加的碳纳米管阵列结构。