电流密度 1010 ～ 1013 A/m2
AFM image
CNT电性能测试装置（左） 电性能测试结果（右）
其他性能
热导率 理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1
热稳定性 真空环境可耐温至2800℃ ，空气中700℃
低密度 可低至1.33-1.40 g/cm3，而铝的密度为2.70 g/cm3
麻省理工大科学家制造新手机电池 的原材料-----含碳纳米管Leabharlann 碳纳米管电子器件晶体管
Sub-10 nm Carbon Nanotube Transistor 2012年，来自IBM、苏黎世理工学院和美国普渡大学的工 程师构建出了首个10纳米以下的碳纳米管（CNT）晶体管。
碳纳米管电子器件
单壁纳米碳管集成电路
力学性能
杨氏模量 1~5 TPa，与石墨片层相当(1.06TPa)， 比碳纤维高一个数量级，约为钢的100 倍， 而密度仅为钢的1/6
拉伸强度 10~150GPa，石墨片层为36.5GPa，是
高强钢的20倍 韧性 拉伸形变至40％无明显脆性行为、塑性 形变和断裂
CNT-based Cable
向运动却受到限制，表现出典型的量子限域效应；而电子
在轴向的运动不受任何限制。
碳纳米管电子器件
超级电容器
超级电容器 双电层电容 法拉弟准电容
比表面积大（250-3000m2/g) 碳纳米管电容量可到每克15-200F，目前数千法拉的电容器已被生产 单壁碳纳米管电容量一般为180F/g，多壁碳纳米管电容量一般为 102F/g 单壁碳纳米管电容器功率密度可达20KW/kg，能量密度可达7Wh/kg 存在巨大的商业价值
碳纳米管的制备方法
石墨电弧法
催化裂解法 激光蒸汽法 燃烧火焰法
氢气保护石墨电弧法
（即碳氢化合物催化分解法，又称CVD法）
激光蒸汽法 CVD法
碳纳米管在电子器件中的应用
碳纳米管电子器件
纳米碳管的电学性质与其结构密切相关。就其导电性而言， 由于纳米碳管直径和螺旋角不同，可以是金属性的，也可 以是半导体性的，甚至在同一根纳米碳管上的不同部位， 由于结构的变化，也可以呈现出不同的导电性。 纳米碳管中存在大量未成对电子，但其在纳米碳管中的径
碳纳米管及碳纳米管 电子器件
XXX 20131230
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验 室的电子显微镜专家Iijima发现了多壁碳 纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm， 长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。 1993年单壁碳纳米管也被发现 （Single-Walled Carbon Nanotubes ， SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可 达几微米。
Nature封面论文：第一台碳纳米管计算机
用碳纳米管制造的最复杂的电子元件 有178 个晶体管 每个晶体管由10至200个碳纳米管构成 搭载的操作系统能完成计数和排序功能
碳纳米管电子器件
Carbon Nanotube Computer
碳纳米管电子器件
Carbon Nanotube Computer
纳米碳管形成形成的分子晶体管
利用催化热解法成功地制备了纳米碳管－硅纳米线，测试表明，这种金属 －半导体异质结具有二极管的整流作用。 当一个金属性单层纳米碳管与一个半
导体性单层纳米碳管同轴套构而形成一个双层纳米碳管时，两个单层管仍分别
保持原来的金属性和半导体性，利用这一特性可制造具有同轴结构的金属－半 导体器件。
储氢性能 SWNT在0℃时,储氢量达到了5%（储氢应用前景）
高场发射效率 电极间距为1μm时，1~3 V电压即可激发出荧光，而钼针尖需50~100 V电
电压，且寿命有限
奇异的光学性能 能够吸收光波，而后散发还原光波（即碳纳米管材料具有传输、储存
和恢复光波信号的性能）
磁学性能 在磁场中，能被磁化，磁化率各向异性 ……
第一台碳纳米管计算机“不受缺陷影响的设 计” 解决了两个难题：一个是碳纳米管的准确 放置，另一个是消除金属型碳纳米管的不利影响。 一方面，研究人员设计出一种聪明的计算方 法，可以自动忽略排列混乱的那部分碳纳米管； 另一方面，他们将晶体管电路中总是具有导电性 的那部分充电烧毁，结果就得到一个正常的电路。
碳纳米管电子器件
2012年，IBM的科学家们使用标准的主流半导体 工艺，将一万多个碳纳米管打造的晶体管精确地放 置在了一颗芯片内，并通过了可行性测试。
IBM 的技术可以在两个电触点之间放置单个碳纳米管 ， 有时也可以放置成对的碳纳米管，这是晶体管制造工艺的 重要部分。
碳纳米管电子器件
Carbon Nanotube Computer
碳纳米管电子器件
具备较复杂电路结构的碳纳米管IC
2009年，斯坦福大学成功研制出具备较复 杂电路结构的碳纳米管集成电路，在研制纳米 管计算机方面又取得了一项重要的进展。 叠层结构的集成电路单位体积内的运算效 能较高，此外这种电路在散热性能方面也具备 一定优势。 碳纳米管的压印技术（Stamping process） 是制造纳米管堆叠层的关键技术，这种技术能 在低温状态下制造电路，而保持低温状态则可 以保证电路中的金属触点不会融化变形。
碳纳米管电子器件
基于单根碳 纳米管构建 的全加器电 路
2012年，彭练矛教授研究团队在单根碳纳米管上制备出 “与”、“或”、“异或”等基本逻辑门电路，并构建出全加器、 编码/译码电路以及D锁存器电路，使得碳管集成电路的规模和功 能直接面向CPU中的核心部件——逻辑运算单元；电路可以工作在 低达0.4 V的电压下，相对于硅基技术显示出明显的低功耗优势。
谢谢!
结语
这一世界性成就带来了两个技术贡献：首先， 将基于碳纳米管电路的制造过程落实到位。其次， 建立了一个简单而有效的电路，表明使用碳纳米管 计算是可行的。 受限于硅自身性质，传统半导体技术已经趋近 极限，而这项新突破使人们看到用碳纳米管代替硅， 制造出体积更小、速度更快、价格更便宜的新一代 电子设备的可能性。
碳纳米管电子器件
Field Emission Display Device
CNT FED结构示意图
三星公司4.5英寸的FED 碳纳米管发射电源
碳纳米管电子器件
锂离子电池
麻省理工大学科学家发现， 在电池一端电极使用含碳纳米管 可以比现在的锂电池蓄存更多的 电力 。这种电池在充电效率及蓄 电能力远比目前最高端的锂电池 更优良。科新研发的含碳纳米管 电池进行1000次充放电实验。结 果在经历1000次充放电后，含碳 纳米管电池内的物质属性变化极 微，电池蓄电力丝毫未见减少。
迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会 被自身重量拉断的材料
“太空电梯”工作原理图
电性能
根据螺旋结构的不同，碳纳米管的电学特性可表现为金属性和半导体性 电特性与管径有较大关系
d > 6nm 导电性明显下降
d < 6nm 优良的导电性
d ～0.7 nm 表现出超导性
电阻率
0.05 µ Ω.m ～ 10 mΩ.m