碳纳米管由于具有优异的电学、光学和力学等性能以及诱人的潜在应用前景而引起人们的广泛关注。获得宏观长度并精确控制碳纳米管的直径、层数乃至手性参数是科学家们追求的目标。控制碳纳米管层数的关键在于可控的合成双壁碳纳米管。双壁碳纳米管是介于单壁和多壁碳纳米管之间的一种重要的一维纳米材料，是最简单的多壁碳纳米管。双壁碳纳米管的内外层间距介于0.33nm和0.42nm之间，比普通的多壁碳纳米管的层间距要大。由于内外层管之间以及管束内碳纳米管之间的相互作用而对双壁碳纳米管的能带结构产生影响，由此可以预期其具有独特的电学和光学的性能。本论文研究了可以获得高纯度的、具有厘米长度的双壁碳纳米管的合成方法；研究了双壁碳纳米管的电学和光学性能，旨在开发双壁碳纳米管的潜在应用。 分别以甲烷和二甲苯为碳源，以二茂铁为催化剂，硫磺为添加剂，采用卧式浮动裂解法合成了双壁碳纳米管，对工艺参数进行了优化。优化工艺参数后，以甲烷为碳源可以获得产率为10mg/h的双壁碳纳米管，经过纯化处理后，双壁碳纳米管的纯度大于90wt％。以二甲苯为碳源合成双壁碳纳米管时，优化的工艺参数为：二茂铁和硫磺的摩尔比为10：1，催化剂的浓度为67～100mg/mL，反应温度T=1100～1180℃，反应溶液的进给量为0.08～0.1mL/min，氩气和氢气的流量分别为3000和500mL/min。双壁碳纳米管内外层直径分别为0.7～2.0nm和1.4～2.8nm，层间距约为0.4nm。以二甲苯为碳源合成了长度为10～35cm的双壁碳纳米管长丝，双壁碳纳米管的纯度大于90wt％。实验表明，催化剂中硫的浓度是控制合成单壁或双壁碳纳米管的关键因素。基于此结果，建立了双壁碳纳米管的生长模型，并从热力学和动力学上对双壁碳纳米管生长机制进行了讨论。 研究了双壁碳纳米管的电学性能，结果表明，双壁碳纳米管的电学性能与单壁碳纳米管的相似。宏观的双壁碳纳米管薄膜的从导体向半导体转变的特征温度Tk为32K，比单壁碳纳米管束的35K低。双壁碳纳米管薄膜的电阻率为0.06mΩ·cm，与单壁碳纳米管束的相当。双壁碳纳米管的载-Ⅰ-流能力达到108A/cm2数量级。 制成了双壁碳纳米管电灯泡，研究结果表明，室温电阻为9Ω的双壁碳纳米管电灯泡具有比以钨丝为灯丝的普通安全电灯泡(36V，40W)更低的发光阈值电压，在相同的电压下照度比钨丝电灯泡的高。当温度高于1350K时，在双壁碳纳米管的辐射强度光谱中，在波长为407、417以及655nm等处均有明显的发射峰存在，表明了此时双壁碳纳米管的发光具有电致发光特性。双壁碳纳米管电灯泡的发光是电致发光和热发光的综合结果。当将双壁碳纳米管灯丝通电加热到2000K以上时，可以获得直径为5～10nm的单壁碳纳米管，这是一种可以获得大直径单壁碳纳米管的新方法。 双壁碳纳米管的Raman光谱随激发能量的变化规律与单壁碳纳米管的相似。在相同能量激发光的激发下，双壁碳纳米管的D峰波数比单壁和多壁碳纳米管的低。双壁碳纳米管Raman峰波数具有负的温度梯度。双壁碳纳米管的紫外-可见吸收光谱在波长分别为200nm和267nm附近有两个明显的吸收峰，呈驼峰形状，这区别于单壁和多壁碳纳米管。该吸收峰与电子在内外层间跃迁的能级相对应，由此可以作为双壁碳纳米管存在的判据。双壁碳纳米管长丝的发射光为部分偏振光，其偏振度随发射光的波长增加而增大。通过改变光照强度和光照位置，可以对双壁碳纳米管长丝电流的大小和方向进行调控。