本文采用催化裂解方法制备出了碳纳米管的三维宏观体，实现了碳纳米管从微观到宏观体的转变，这不仅有利于碳纳米管的性能测量和理论研究，而且为其潜在的应用奠定了基础。 通过改进装置和优化工艺参数，实现了定向碳纳米管的快速连续生长，制得了超长定向碳纳米管薄膜，在240min内可达6mm，长径比达到了105量级，是迄今合成的最长的定向碳纳米管薄膜。这种超长定向碳纳米管表面洁净、管身平直、定向性好，直径约为30-60nm，且具有良好的晶化结构。薄膜面积可达500cm2，碳纳米管产率可达2g/h。 超长定向碳纳米管具有极高的生长速度，其长度可在30min内达到1.5mm，相应的平均生长速度达到了50μm/min。通过观察分析表明，超长定向碳纳米管的快速生长是由管腔内存在的大量催化剂颗粒引起，基于此建立了相应的超长定向碳纳米管的快速连续生长模型。 通过选用不同的基底材料以及控制工艺参数，制取了各种类型定向碳纳米管阵列。采用含氯有机物作为碳源，制得了大中空薄壁碳纳米管薄膜，其中碳纳米管内径约为10-30nm，壁厚3-10nm，中空度达到了碳纳米管直径的50-70％。 以定向碳纳米管作为模板材料，通过控制催化裂解工艺参数，在定向碳纳米管的管腔内制取了γ-Fe单晶纳米线和Fe3C单晶纳米线，其长度均达到了微米量级。文中研究了超长定向碳纳米管薄膜在燃料电池、环保和储能等方面的应用。