随着元器件向微型化、智能化、以及高集成、高密度存储和超快传输等方向的发展,以一维纳米材料为基础的新型量子器件的组装已经成为纳米研究领域的热点和前沿之一。只有这种特殊纳米结构单元被有序、合理地组装成二维或三维纳米结构,才有可能进一步了解其特有的光学、电学、磁学等性能,最终在各种纳米器件领域中得到应用。美国加州大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《Nature》上发表论文指出:纳米尺度的图案是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。在纳电子器件的研究中,碳纳米管以其独特的物理化学性能成为纳米电子器件的研究热点。而碳纳米管的操纵排布是应用化的前提和基础,成为纳米研究领域一个重要的发展方向。本文提出了一种有效操纵碳纳米管选择性取向的方法-液面排布转移法。采用了酸处理对碳纳米管进行了纯化和剪切得到高纯度、可控长度的碳纳米管;再将其与十八烷基胺(ODA)嫁接反应得到溶解于有机溶剂的碳纳米管;最后通过液面排布转移法把溶解于有机溶剂的碳纳米管操纵排布于多种衬底上形成取向的单层或多层碳纳米管。本文系统的研究了液面排布转移过程中各种工艺参数对膜层质量的影响,并初步探索了碳纳米管液面排布转移机理。另外,还通过表面活性剂辅助的两步超声法,得到了均匀分散、长的单根水溶性碳纳米管。这些工作的开展,为实现碳纳米管在功能化器件方面的应用打下了良好的基础。本文的主要研究内容包括以下几方面:针对电弧放电法制备的单壁碳纳米管的特点,提出了一种获得高纯度单壁碳纳米管的提纯方法。首先,采用表面活性剂进行物理分散,再将碳纳米管在365℃的小流量氧气中氧化,结合随后的两步酸处理,可得到纯度高达97%的单壁碳纳米管。与目前报道的其它方法相比,表面活性剂的预处理可有效对杂质进行剥离,在提高碳纳米管纯度的同时,减少了因其上微小杂质在后续的氧气氧化过程中燃烧所引起碳纳米管质量的损失;氧气氧化在除去活性较大的碳杂质同时,会使金属催化剂体积膨胀,导致包裹它的多层石墨结构破裂,除去了这种化学稳定性大于碳纳米管的杂质,且可使暴露的金属催化剂及其氧化物在随后酸处理中彻底地除去;再通过酸处理,可得到高纯度的碳纳米管。提出了分步加入硫酸和硝酸,并降低反应温度的纯化和剪切多壁碳纳米管方法。这种方法避免了由于激烈氧化造成碳纳米管的损失和结构破坏,实现了通过控制反应时间来得到不同长度的碳纳米管,并采用酸、碱滴定法量化地标定了碳纳米管上的羧基的含量。通过羧基酰氯化后嫁接十八烷基胺(ODA)的方法合成了一系列溶解于有机溶剂的碳纳米管,研究了ODA嫁接量与碳纳米管溶解性之间的关系,确定了ODA最低嫁接率。研究了反应时间对ODA在碳纳米管表面聚集状态和碳纳米管溶解性能的影响。提出了一种有效操纵碳纳米管取向排布的方法-液面排布转移法。采用基体和滑障垂直的提拉方式可获得具有更高取向性的碳纳米管。系统地研究了液面排布转移工艺参数对膜层质量的影响;实现了通过控制工艺参数,来控制膜层中碳纳米管的取向、密度、转移率和厚度。采用场发射SEM、AFM、Raman偏振和紫外-可见吸收谱的测试方法对制备的碳纳米管膜进行了表征。另外,研究了液面排布转移法制备的碳纳米管膜层的I-V性能,结果表明碳纳米管膜层的I-V关系呈非线性;且膜层的场发射试验结果表明液面排布转移法制备的膜层具有较好的场发射性能。当前文献中报道的取向碳纳米管的制备都需要高温催化剂引导、复杂的模板制备工艺或者只能用于微量碳纳米管的排布,而本文在室温下在玻璃、硅、云母等基体表面制备了大面积取向排列的碳纳米管。在实验和动力学的基础上,对碳纳米管取向排布的机理和形成过程进行了初步的探究。在Langmuir槽中压缩阶段,滑障压缩是形成碳纳米管有序排列的唯一原因(压缩诱导);在垂直提拉制膜的过程中,基体表面流体的运动诱导碳纳米管再次取向排列(流诱导)。当采用基体位置和滑障垂直的方式制备膜层,流诱导会加强压缩诱导形成的方向,这是获得高取向性碳纳米管的主要原因。提出了表面活性剂辅助的两步超声分散法,得到了均匀分散、长的水溶性单壁碳纳米管,克服了化学修饰对碳纳米管结构的损坏,是一种简便的碳纳米管分散方法。