与碳纳米管手性相关的研究,包括手性可控生长、物理性质的研究及应用等,一直是碳纳米管研究领域的研究热点,对碳纳米管手性的快速而有效的表征是这些研究的基础。碳纳米管的光学性质与其手性结构紧密相关,从理论上来讲,光学表征技术可以实现碳纳米管性质的快速高效表征。但是,对于单根碳纳米管来讲,由于其光学截面小而无法实现光学显微镜下的直接定位,这极大的限制了光学表征的效率,因而光学显微镜下碳纳米管的实时成像非常重要。另外一方面,与其他表征方法相比,光学显微镜具有可以直接观察到样品颜色的优势,而碳纳米管从理论上来讲是有颜色的,并且其颜色与手性结构相关,因而,光学显微镜下碳纳米管的颜色表征非常有意义。综上,光学显微镜下碳纳米管的真彩色实时成像对碳纳米管的性质研究及应用具有非常重要的意义。本论文从碳纳米管的瑞利散射出发,在普通光学显微镜的基础上构建瑞利成像显微镜,实现了碳纳米管在光学显微镜下的真彩色实时成像。碳纳米管的瑞利成像具有直观、快速、信息丰富的优点,在碳纳米管的性质研究及应用中具有重要的意义,并且瑞利成像显微镜还适用于其他的纳米材料。光学显微镜下,浸没在液体介质中的碳纳米管的瑞利成像质量高,这是界面偶极增强效应的结果。浸没在液体介质中的碳纳米管外有一层致密的介质分子层,界面分子层在入射光的激发下可以等效为光学偶极子,碳纳米管的局域激发场为入射光场与界面光学偶极子辐射场之和。因而,碳纳米管的局域激发场得到了增强,我们称之为界面偶极增强效应。我们从理论上详细阐述了该效应并从实验上对其进行了验证。瑞利成像显微镜在碳纳米管的研究中具有重要的应用。首先,瑞利成像显微镜与光谱仪相结合,构建瑞利成像辅助光谱表征系统,可以实现碳纳米管在光学显微镜下的定位及原位光谱的测量,从而实现碳纳米管手性的高效表征。其次,将瑞利成像显微镜与电化学工作站相结合,可以实现碳纳米管表面金属纳米颗粒沉积的原位可视化表征。最后,瑞利成像显微镜还可以实现碳纳米管上发生的其他界面反应的原位可视化表征,例如碳纳米管表面发生的光化学反应等。