碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)自从1991年被发现以来,因其优异的力学、化学和电学性能受到了广泛的关注,被认为在很多领域都有着诱人的潜在应用前景。比如:场发射显示器,高强度纤维和复合增强材料,储气、储能材料,等等,尤其是纳电子器件及生物检测方面。单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)具有卓越的电学性能,可随手性不同而呈现金属性或是半导体性,被认为是未来制造纳米电路和纳米电子器件的理想材料,如连接导线、二极管、三极管、异质结、场效应管及传感器等。利用碳纳米管为基本组件制作纳米器件和纳米电路的纳米电子学技术突破了传统的硅集成电路中元件尺寸无法进一步缩小的物理极限,推动了集成电路研究的飞速发展。然而制备的碳纳米管中往往含有杂质,而且碳纳米管几乎不溶于任何溶剂,大大限制了其应用。因此通过有效地纯化获得高质量的单壁碳纳米管以及恰当地修饰得到可溶性碳管是实际应用的前提。尽管当前对于碳纳米管的纯化、修饰及应用研究已经有了较大进展,但对于碳纳米管的纯化工艺、进一步的修饰改性以及用于纳电子器件的制备和生物检测领域还有很大的改进和研究空间。为此,我们对催化裂解法制备的单壁碳纳米管的高质量纯化,快速、方便的非共价糖基化修饰,碳纳米管环的可控合成以及碳纳米管基场效应晶体管和它初步用于糖-凝集素作用检测进行了探索性研究。采用盐酸处理、空气氧化及N2气气氛中高温退火处理的阶段式纯化方法得到了总纯化产率为17~19%,纯度超过98%,拉曼峰G和D强度比IG/ID为38.6的纯度高、结构完整的单壁碳纳米管理想样品。N2气中1600℃下3 h的高温热处理不仅使单壁碳纳米管的纯度进一步提高,而且有效地消除了单壁碳纳米管的结构缺陷,提高了碳纳米管的石墨化,完善了碳纳米管样品的结构。这种阶段式提纯提供了一种获得高质量碳纳米管样品的低成本、高效率的纯化方法。将盐酸处理之后的单壁碳纳米管样品,在一定温度一定时间的空气氧化后,制得了一定产率的单壁碳纳米管环,一定程度上实现了碳纳米管环的可控生长。并对空气氧化成环过程中影响因素和成环机理进行了有益的探索和讨论,首次提出了气相氧化过程中碳纳米管卷曲成环的机理,对空气氧化制备碳纳米管环方法的应用具有积极意义。通过N-十八烷基胺和D-麦芽糖-δ-内酯直接反应、无需催化的方法制备了简单的糖基两亲分子N-十八烷基麦芽糖酰胺(N-n-Octadecyl-D-maltonamide,NOMA),表面张力、荧光特性性能测试表明十八烷基麦芽糖酰胺表面活性良好,是具有荧光特性的一类糖基表面活性剂。首次将糖基表面活性剂N-十八烷基麦芽糖酰胺非共价修饰到单壁碳纳米管表面形成糖-碳纳米管复合体,实验结果表明,含糖基的简单分子NOMA不仅能快速、高效、无破坏地吸附到单壁碳纳米管表面,而且能有效地改善碳管在水溶液中的分散性能。这种碳纳米管的糖基化修饰方法简单快速,形成的复合物亲水性和生物相容性好,可选择不同的糖分子来修饰。可作为一种简单、快速、高效、通用的碳纳米管非共价糖基化修饰方法,在生物功能化材料、糖配体-受体检测、疾病的诊断和治疗等生物应用上具有一定的应用前景。采用简单的洒落法构建了基于单根单壁碳纳米管束的场效应晶体管(field effect transistors,FETs)器件,并成功地测试了其电学性能。电学性能测试结果显示,该碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件为p型。首次将场效应管器件以十八烷基麦芽糖酰胺溶液进行非共价糖基化修饰,并用于糖-凝集素特异性识别作用的检测。糖基化修饰后器件性能显著改变,呈现n型特性。以一定浓度的伴刀豆蛋白(Concanavalin A,Con A)/PBS溶液培育之后,器件的性能有明显改变。CNTFET器件在每个修饰阶段的性能变化,证明了NOMA对SWNT的非共价修饰和以CNTFET为检测平台检测糖-凝集素作用的可能性。这种简单非共价糖基化修饰的CNTFET有望作为通用、灵敏、高效的碳纳米管场效应管生物检测器件。