本文运用了火焰热解法合成纳米碳管,为了提高纳米碳管的合成质量,必须改变催化剂的相应性质。本研究对比了溶胶凝胶法和液体浸渍法两种催化剂合成方法,利用能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)三种方法对催化剂的成分、含量和形态进行了系统分析,通过扫描电子显微镜(SEM)、分子动力学(MD)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)系统地分析了纳米碳管的实验合成情况。结果表明,浸渍法制备的催化剂具有粘性好、分散性好、易于附着在探针或基版上等特点,这些优点有利于大规模生产。而且催化剂中纳米氧化铝比表面积较大,氧化铁和氧化钼在氧化铝表面分布较均匀,催化剂颗粒尺寸较小。SEM图中浸渍法合成的催化剂制备的纳米碳管交错弯曲较少且杂质很少,拉曼光谱中ID/IG的比值比溶胶-凝胶法低29.7%了,TEM统计中碳管的平均直径减小了 23.3%,这表明制备的纳米碳管有较高的石墨化程度、较少的杂质和较小的直径。因此在催化剂合成难度相近的情况下,浸渍法可以提高纳米碳管的质量。碳纳米管的广泛应用不仅取决于其质量的提高,对其性质的深入研究也是业内的研究重点,因此本文还介绍了共掺杂对锯齿型纳米碳管各种光谱影响机理的第一性原理研究,用密度泛函理论(DFT)计算了原始单壁纳米碳管,铝和硫共掺杂单壁纳米碳管,铁和硫共掺杂单壁纳米碳管,铝、氮和硫共掺杂单壁纳米碳管和铁、氮和硫共掺杂单壁纳米碳管的光学光谱。入射光的条件分为偏振光,非偏振光和多晶介质中的光,各种光谱对于入射光条件的依赖性为光学性质的各向异性提供了明确的证据。模拟光谱的分析包括计算和比较原始和共掺杂单壁碳纳米管的光学性质,如介电函数、折射率、反射率、吸收、电导和损耗函数。对于介电函数、折射率和反射率,各向异性最高的是铝和硫共掺杂单壁碳纳米管,而铁和硫共掺杂的最低。此外,当在两种共掺杂的单壁碳纳米管中加入氮时,其光学性质基本相同,这表明氮元素的加入可以减弱其它掺杂元素的影响。对于吸收函数、电导函数和损失函数,无论入射光的状态和掺杂元素的变化,共掺杂都会引起数值的显著降低。同时可以发现多晶介质的存在对光学性能也有一定程度上的影响。结果表明,在设计光学器件时,共掺杂可以作为一种新的、有效的工具来控制碳纳米管的光学性功能,这对于基于单壁碳纳米管的敏感光学器件的有效设计具有重要价值。