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碳纳米管具有十分独特的结构特征,应用领域很广泛。然而碳纳米管阵列的大规模制备和碳纳米管的定向排列却始终是瓶颈,大大限制了碳纳米管的应用前景。在碳纳米管的各种优异性能中,碳纳米管的场发射特性尤其引人注目,用于评价碳纳米管阵列场发射性能优劣的重要参数是场增强因子。影响该参数的主要因素包括碳纳米管阵列密度、长径比、管尖端结构和尖端电子逸出功等。因此,在理论上弄清电场增强因子与上列因素的具体关系,有利于提高场发射性能。以铁、钴作为催化剂,NH3为前驱体采用化学气相沉积法裂解乙烯气体,合成了纯度高、定向排列单壁碳纳米管阵列。在用阳极弧等离子体蒸发内含金属催化剂（Fe、Co、Ni）的石墨棒合成碳纳米管的实验中,阴极棒状物沉积物中的碳纳米管管束基本沿圆柱棒轴线分布。利用强酸氧化法提纯粗产物,去除了催化剂粒子、无定形炭及纳米炭颗粒等杂质,得到了结构缺陷少、准直、且定向排列的碳纳米管管束,并提出碳纳米管管束的定向排列是由于弧电场引起的磁致效应形成的。同时还研究了电弧等离子体合成碳纳米管的影响因素及生长机理。理论计算了流速梯度场中、电场中、强磁场中碳纳米管重新定向排列的机理。采用在原位聚合过程中反复机械拉伸的方法,制备了SWNTs在E-51基体中定向排列并均匀分散复合材料。SEM、TEM照片以及偏振Raman光谱分析表明SWNTs沿拉伸方向排列且均匀分散,力学性能测量结果进一步表明复合材料的表现出显著的各向异性,且力学性能沿SWNTs排列方向得到明显提高。此实验结果证明机械拉伸法与流速梯度场中定向排列碳纳米管的理论预测相符。通过六角排列碳纳米管阵列模型研究了碳纳米管周围的电势分布,得出碳纳米管阵列的电场增强因子与管长,管半径以及碳纳米管阵列面密度关系。场增强因子随CNTs长径比的增加而增加,对于长径比一定的CNTs阵列,对应着一个最佳阵列密度,在此密度上,碳纳米管阵列将会获得最好的场发射状态。在相同的阵列密度下,六角排列CNTs阵列的场发射性能要优于四方排列的CNTs阵列,并计算得到六角排列CNTs阵列上端面的电势分布曲线。