隨著微處理芯片速度的不斷提升，CMOS上的銅互連技術正在成為瓶頸。一種可能的替代方案是使用電子遷移率更高、尺寸更小的碳納米管。1991年日本NEC的飯島在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設備中產生的球狀碳分子時，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是“碳納米管（CarbonNanotube）”，又名巴基管。

    碳納米管具有典型的層狀中空結構特征（圖1），構成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準圓管結構，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結構單元組成，端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結構，或者稱為多邊錐形多壁結構。是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。



    目前常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學氣相淀積法（碳氫氣體熱解法），固相熱解法、輝光放電法和氣體燃燒法等以及聚合反應合成法。電弧放電法是生產碳納米管的主要方法。使用這一方法制備碳納米管技術上比較簡單，但是生成的碳納米管與C60等產物混雜在一起，很難得到純度較高的碳納米管，并且得到的往往都是多層碳納米管，而實際研究中人們往往需要的是單層的碳納米管。此外該方法反應消耗能量太大。近年來發(fā)展出了化學氣相淀積法，或稱為碳氫氣體熱解法，在一定程度上克服了電弧放電法的缺陷。這種方法是讓氣態(tài)烴通過附著有催化劑微粒的模板，在800~1200度的條件下，氣態(tài)烴可以分解生成碳納米管。這種方法突出的優(yōu)點是殘余反應物為氣體，可以離開反應體系，得到純度比較高的碳納米管，同時溫度亦不需要很高，相對而言節(jié)省了能量。但是制得的碳納米管管徑不整齊，形狀不規(guī)則，并且在制備過程中必須要用到催化劑。

    根據(jù)大小、形狀的不同，碳納米管的電子屬性可以分為金屬性和半導體性兩種。在將碳納米管用作晶體管的過程中，科學家們遇到的難題是人工制造的碳納米管是金屬性和半導體性的混合體。這兩種屬性的碳納米管相互粘連成繩索狀或束狀，這樣就使碳納米管的用途大打折扣，因為只有半導體性的納米管才可以用作晶體管。而且，當兩種屬性的碳納米管粘連在一起時，它的金屬性比半導體性還要強。

    碳納米管構成的納電子器件具有尺寸小、速度高、功耗低和造價低等優(yōu)勢，它將替代硅材料成為后摩爾時代的重要電子材料。但是，利用碳納米管構筑納電子器件面臨著許多技術難題，碳納米管與金屬電極之間的連接就是碳納米管器件制造的工藝瓶頸問題之一。



    碳納米管在光伏領域也有著很大的應用潛力，納米太陽能電池有可能利用熱載流子、多能帶激發(fā)、熱光伏等原理產生更高的光電轉換效率。比如碳納米管肖特基勢壘太陽電池(圖2)即采用取向均勻排布的多根單壁碳納米管焊接在金屬電極上，利用碳納米管與金屬電極之間形成的肖特基勢壘和一個背底柵極產生電流。這種新型太陽電池結構不需要半導體摻雜，從而沒有半導體摻雜所引起的不必要的缺陷和光生載流子復合損失。單壁碳納米管直徑約為1nm，具有明顯的量子限制效應，從而有可能更有效地利用太陽光子能量。但是由于所用半導體性碳納米管數(shù)量太少，有待解決大量半導體性單壁碳納米管的提純方法以后，才可能制備大面積碳納米管肖特基勢壘太陽電池樣品。（作者：秦文芳）