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碳纳米管的性质与应用碳纳米管是一种研究热点，同时也是一种具有广泛应用前景的纳米材料。
碳纳米管具有很多优异的性质，例如高度的机械强度、热导率、光学性质和电学性质等，这些性质使得碳纳米管在各领域中得到了广泛的关注和研究。
本文将从性质和应用两方面来探讨碳纳米管的特点。
一、碳纳米管的性质1. 机械性质碳纳米管具有非常高的机械强度，这是由于其形成时的晶格缺陷极少，且由碳原子构成的共价键是相当强的。
研究表明，碳纳米管的强度可以达到200GPa以上，因此在强度要求高的场合，例如航天航空领域、材料制造业及求医领域等等，碳纳米管都有广泛的应用。
2. 热学性质碳纳米管具有良好的热传导性质，由于它们的长度是大于直径的，因此导热主要沿着管轴方向，这种长程导热机制使得碳纳米管的热导率非常高，可以高达3000W/mK。
同时，其能够承受极高的温度，可以长期工作在1000℃以上的高温环境中，故在制造高精度、高稳定性元器件，以及制造高温传感器方面都有广泛应用。
3. 光学性质碳纳米管具有优良的光学性质，具有很高的吸收能力和强烈的荧光特性。
碳纳米管的宽带能使其吸收并辐射出不同波长的光，因此在生命科学、光电器件等领域得到广泛的应用。
4. 电学性质碳纳米管是一种非常具有潜力的电子材料，具有半导体和金属的特性。
这种双重的特性，使得碳纳米管可用于制造场效应晶体管、电化学电容器、电化学传感器等，同时，在信息技术、存储技术、生物医学等领域，碳纳米管也有着广泛的应用。
二、碳纳米管的应用1. 生物医学碳纳米管在生物医学中的应用非常广泛，主要包括药物传递、成像、生物分析及治疗等方面。
碳纳米管的生物相容性好，特异性高，可以将药物包载于碳纳米管表面，通过靶向技术将药物输送至受体细胞表面，从而达到治疗的目的。
此外，碳纳米管还能用于医学检测成像，如：磁共振成像、X射线成像、核酸检测等疾病诊断。
2. 能源材料由于碳纳米管的高热传导、高机械强度、高表面积和优质导体性质，使得碳纳米管可以用于电化学能源存储、传感及转换。
碳纳米管器件原理和应用姓名：***专业：应用物理学号：**********摘要：纳米材料被誉为是21 世纪的重要材料，它将构成未来智能社会的四大支柱之一。
碳纳米管在纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。
碳纳米管具有独特的结构形态和优异的电学、力学等性能，碳纳米管的独特结构和优异的物理力学性能使它成为纳米科技领域中构筑纳尺度器件和系统的重要基础，为纳米科技领域的创新提供着持续强劲的原动力。
碳纳米管在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件、平板场致发射显示器以及碳纳米管微操作等，碳纳米管独特的结构和优良性能使其在纳米技术和纳米电子学领域扮演着愈来愈重要的角色，本文综述了碳纳米管器件的原理和应用。
关键词：碳纳米管器件、场效应管、单电子晶体管、电磁屏蔽复合材料、聚合物基吸波复合材料、超电容器电极材料、储氢材料、催化剂载体正文：一、碳纳米管器件的制备原理碳纳米管的生长和制备是场致发射显示器研制中关键的一个环节。
目前，人们可以利用激光轰击法、化学汽相沉积法、辉光放电法、直流电弧放电法、气体燃烧法、催化剂高温热解法等多种方法制备碳纳米管。
在这些技术当中，直流电弧放电法的生产工艺简单，可以大批量生产。
虽然目前已经有很多种制备碳纳米管的方法，但是碳纳米管的大量制备仍然是以电弧放电法和高温催化热解法为主。
其中电弧放电法可以获得具有较高程度石墨化结构的碳纳米管，十分适用于理论研究的需要。
C.Journet等人采用电弧法的工艺过程如下：在氩气气氛下，利用阴阳两个电极之间的大量放电现象来实现碳纳米管材料的生长。
阴极是一个长约100mm、直径大约6mm的石墨棒，上面刻蚀了一个4mm深、3.5mm 直径大小的孔洞，利用金属催化剂和石墨粉末的混合物进行填充。
利用大约为100A的高电流来产生电弧放电，通过不断移动阳极，同时保持阴极和阳极之间的间距为常数（大约为3mm）来实现的。
碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构，具有优异的物理和化学性质，因此在众多领域中具有广泛的应用前景。
本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。
1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）场效应晶体管（FET）：碳纳米管可以作为FET的通道材料，具有优异的电子输运性能，可实现高速、低功耗的电子器件。
（2）纳米电子学器件：碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件，如纳米电极、纳米线和纳米电容器等，用于构建超高密度的集成电路。
（3）柔性电子学：碳纳米管具有优异的柔性性质，可以用于制备柔性电子学器件，如柔性传感器、柔性显示器等，为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。
2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：（1）复合材料增强剂：碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂，加入到金属、陶瓷或聚合物基体中，可以显著提高材料的力学性能和导电性能。
（2）催化剂载体：碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质，可作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性。
（3）锂离子电池负极材料：碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能，可作为锂离子电池负极材料，具有高容量和长循环寿命等优点。
3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：（1）药物传递：碳纳米管可以作为药物的载体，通过调控其表面性质和内部结构，实现药物的控释和靶向传递，提高药物治疗的效果。
（2）生物传感器：碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能，可以用于制备生物传感器，实现对生物分子的灵敏检测和诊断。
（3）组织工程：碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程，促进细胞生长和组织修复，具有重要的临床应用前景。
4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）锂离子电池：碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，具有高比表面积和优异的电导率，可提高电池的能量密度和循环寿命。
先进碳材料在半导体中的应用碳材料是一种新型先进材料，近年来其在半导体中的应用越来越广泛，被广泛研究和应用。
碳材料的物理、化学和电学特性都很独特，为其在半导体中应用提供了很好的基础。
一、碳材料在半导体中的应用1.载流子传输：由于碳材料非常柔韧，因此可以自由地传输电荷载流子，使得碳材料可以极快地将电子从半导体中传输出来。
2.提高半导体性能：当碳材料存在于半导体中时，可以极大地提高半导体的响应速度和灵敏度，精度和amplifier音质。
3.减少功耗：利用碳材料在半导体中的特性，可以帮助半导体减少功耗。
4.加速晶体管的速度：碳纳米管和碳纤维可以替代半导体中的硅来制造晶体管，能够加速晶体管的速度。
二、碳纳米管在半导体中的应用碳纳米管是一种著名的碳材料，可以广泛应用于半导体中。
碳纳米管可以用于制作场效应晶体管(FET)、量子点(FQD)、电感元件和储存器等。
1.碳纳米管的场效应晶体管碳纳米管可以制作出场效应晶体管，其通过半导体器件的电子来控制电荷载流子，并通过控制通量，从而实现微调控制。
2.碳纳米管的量子点碳纳米管可以使量子点产生功效，从而可以存储和输出信息。
3.碳纳米管电感元件和储存器碳纳米管可以被用于制造电感元件和储存器。
三、碳材料应用中的一些挑战在碳材料中的应用，有一些挑战需要面对。
1.制备的复杂度：制备纯净的碳材料是非常困难的，因为它需要多种技术、设备和材料来处理。
2.价格：因为碳材料在当前仍然是一种新材料，因此其价格相对于其他材料来说还是比较高的。
3.材料耐久性：碳材料由于其柔性，因此它相对于其他材料来说要更容易被磨损和损坏。
总之，碳材料在半导体中的应用可以极大地提高电子器件的性能。
然而，作为一种新型材料，碳材料仍然存在一些挑战和缺陷，这需要我们在实际应用中需要注意。
碳纳米管在电子器件中的应用叶原丰;王淮庆;郝凌云【摘要】碳纳米管作为一种新型碳材料具有独特的纳米结构和优异的力学、电学、热学和物理化学性能,在各个领域显示出诱人的潜在应用价值和前景,引起了科学界广泛的研究.从碳纳米管的结构入手,综述了碳纳米管的热力学性质、场发射特性、导电性以及基于碳纳米管的结(对应于硅基微电子学中的二极管),场效应管(FET,对应于硅基微电子学中的FET)和单电子晶体管等三种电子器件的研究情况,并讨论了其在电子器件领域的应用.【期刊名称】《金陵科技学院学报》【年(卷),期】2010(026)002【总页数】5页(P19-23)【关键词】碳纳米管;性能;电子器件;应用【作者】叶原丰;王淮庆;郝凌云【作者单位】金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169;金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169;金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169【正文语种】中文【中图分类】O613.71自从1991年日本NEC的电镜专家 Iijima发现碳纳米管(carbon nanotube)以来[1],碳纳米管(CNT)作为一种新型的纳米材料,以其独特的物理、化学特征,重要的基础研究意义及在分子电子器件和复合材料等领域的潜在应用价值,日益受到人们的关注。
对它的应用研究主要集中在复合材料、氢气存储、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板、电子枪及传感器和显微镜探头等领域,已经取得许多重要进展[2-4]。
1 碳纳米管的结构碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类。
单壁碳纳米管(SWCNT)由单层石墨卷成柱状无缝管而形成(见图1),是结构完美的单分子材料,它的直径从零点几个纳米到几十个纳米,长度为几十个纳米到微米级,甚至毫米级;多壁碳纳米管(MWCNT)可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。
层与层之间距离约为0.34 nm,与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335 nm为同一数量级。
碳纳米管的功能碳纳米管是一种由碳原子排列而成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高热导性等特点，应用领域广泛。
下面将从各方面介绍碳纳米管的功能。
1. 电子学领域：碳纳米管是一种理想的纳米导体，在微电子器件、半导体照明等领域得到广泛应用。
它具有良好的电子传输性能，传输速度快，抗干扰性强，特别适合在高速电子器件中应用。
碳纳米管晶体管、电路板等元件已经被广泛应用于电脑、手机等各种电子设备中。
2. 新型材料领域：碳纳米管具有极高的强度和韧性，比钢铁更为坚固，是一种理想的新型材料。
碳纳米管可以用于制造高强度、高韧性的材料，如碳纳米管增强塑料、碳纳米管复合材料、碳纤维增强复合材料等。
这些材料在飞机、汽车、船舶、建筑等领域有广泛的应用。
3. 催化剂领域：碳纳米管可以作为催化剂载体，提高反应速率和选择性，从而在催化剂领域得到广泛应用。
碳纳米管与金属或金属氧化物复合可以用于氧化还原反应、制备化学品等。
此外，碳纳米管还可与DNA等生物大分子结合，用于生物催化反应等应用。
4. 生物医学领域：碳纳米管具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域中的诊断和治疗。
比如，将碳纳米管表面修饰成靶向特定癌细胞的分子后，可以用作肿瘤靶向治疗。
此外，还可以将药物包裹在碳纳米管内，可以减少药物的毒性和副作用，提高药物的疗效性。
5. 传感器领域：碳纳米管可以用作传感器的探针，具有高灵敏度和高选择性。
比如，利用碳纳米管的电导率随吸附分子量的变化，可以将其应用于气体、溶液等分子的检测。
碳纳米管还可以用于传感器的导电元件，提高了传感器的灵敏度和精度。
综上所述，碳纳米管具有多种功能，并在各个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，碳纳米管的应用将会越来越广泛，也将会带来更多的前沿研究和技术突破。
碳纳米管材料的性质及应用近年来，碳纳米管作为一种神奇的新材料，逐渐成为了科学研究及工程应用中备受瞩目的材料之一。
碳纳米管具有非常出色的力学、电学和光学性能，因此被广泛地应用于电子器件、太阳能电池以及生物医学领域等高新技术领域。
本文将探讨碳纳米管材料的性质及应用领域。
一、碳纳米管的基本结构和性质1. 碳纳米管的结构和尺寸碳纳米管是由由单层或多层石墨烯卷曲而成的纳米管。
相对于传统的纤维素和聚酯纤维，碳纳米管的直径非常小，一般在1-50纳米之间，长度通常为数百微米到几毫米，甚至达到厘米级别。
2. 碳纳米管的力学性质碳纳米管具有很强的力学性能，其刚度可媲美钢铁，但密度仅为碳钢的四分之一。
因此，碳纳米管被广泛应用于强度要求高、重量要求轻的领域，如太空探索领域和航空航天设备领域等。
3. 碳纳米管的电学性质碳纳米管在电学特性方面表现非常突出，可以用来制作复杂的纳米电子器件。
碳纳米管的电学性能非常优异，主要表现在很高的电导率、稳定性和热传导率等方面。
可以将其应用于半导体器件、触控屏幕、柔性电路板等领域。
4. 碳纳米管的光学性质碳纳米管的光学性能是其应用领域之一。
由于碳纳米管的直径非常小，因此对光的吸收和散射产生了很特殊的影响。
例如，碳纳米管可以用于太阳电池领域，能够将大量光线转化为电能。
二、碳纳米管的应用领域1. 碳纳米管的生物医学应用碳纳米管在生物医学领域中应用广泛，主要包括抗肿瘤疗法、药物载体、病菌检测，以及细胞图像学等方面。
与传统的药物相比，碳纳米管具有更好的生物相容性、渗透性和药物传递性等特性。
2. 碳纳米管在电子领域的应用碳纳米管在电子领域的应用非常广泛，包括晶体管、纳米电路板、半导体器件等。
由于碳纳米管的电导率极高，因此可以用来制作高性能的传输线路和电子器件。
3. 碳纳米管的材料增强应用碳纳米管可以应用于增强其他材料的性能，如增强聚合物、金属基复合材料的强度和硬度等。
这不仅可以提高材料的热稳定性和抗氧化性，还可以延长材料的寿命。
碳纳米管的应用及原理1. 碳纳米管的定义和结构•碳纳米管是由碳原子构成的纳米材料，具有管状结构。
•碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种结构。
•单壁碳纳米管由一个或数个层的碳原子螺旋而成，多壁碳纳米管则是由多个同心管层构成。
2. 碳纳米管的制备方法•弧放电法：通过在高温下对碳材料进行电弧放电，产生碳纳米管。
•化学气相沉积法：通过气相反应，在催化剂的作用下生成碳纳米管。
•化学气相氧化法：通过将碳材料在气相氧化条件下进行氧化，生成碳纳米管。
3. 碳纳米管的应用领域3.1 电子器件•碳纳米管作为晶体管的替代材料，用于制造更小、更快的电子器件。
•碳纳米管晶体管具有优异的导电性能和较小的尺寸，可用于构建高密度的集成电路。
3.2 能源存储•碳纳米管可以用作电容器的电极材料，具有高比表面积和良好的电导性能，可用于高性能超级电容器和锂离子电池。
3.3 复合材料•碳纳米管可以与其他材料复合，形成高强度、高导热性能的复合材料。
•碳纳米管复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑材料等领域。
3.4 生物医学•碳纳米管可以用作药物传递系统，通过改变表面性质和结构，实现对药物的控制释放。
•碳纳米管还可以用于组织工程和生物传感器等生物医学应用。
4. 碳纳米管的原理•碳纳米管的特殊性质与其结构密切相关，具体原理如下： ### 4.1 共价键结构•碳纳米管由碳原子共价键构成，共价键的特性决定了碳纳米管的稳定性和强度。
### 4.2 π-电子共轭结构•碳纳米管的π-电子共轭结构使其具有导电性能，可用于电子器件和能源存储。
### 4.3 杂质掺杂•在碳纳米管中引入不同的杂质，可以改变其导电性能、光学性质和化学性质，拓展了其应用领域。
5. 总结•碳纳米管作为一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
•通过不同的制备方法和控制条件，可以得到具有不同结构和性质的碳纳米管。
•碳纳米管的应用领域包括电子器件、能源存储、复合材料和生物医学等。
1 引言纳米材料是纳米技术的基础，而碳纳米管又可称为纳米材料之王。
碳纳米材料在纳米材料技术开发中举足轻重，它将影响到国民经济的各个领域。
碳纳米管的发现是碳团簇领域的又一重大科研成果，本文探讨了碳纳米管的结构、特性、活化方法，评述了这种纳米尺寸的新型碳材料在电化学器件、氢气存储、场发射装置、碳纳米管场效应晶体管、催化剂载体、碳纳米管修饰电极领域的应用价值，展望了碳纳米管的介入对全球性物理、化学及材料等学科界所带来的美好前景。
在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。
1993年。
S.Iijima等和DS。
Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。
1997年，AC.Dillon等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛的关注。
相关的实验研究和理论计算也相继展开。
初步结果表明：碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。
适当加热，氢气就可以慢慢释放出来。
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。
据推测，单壁碳纳米管的储氢量可达10%（质量比）。
此外，碳纳米管还可以用来储存甲烷等其他气体。
利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。
例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。
使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。
碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。
碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。
碳纳米管在电子器件中的应用柴宝燕SC130140018 张攀德SC13014014摘要：碳纳米管有着众多独特的性质，尤其是它的电学性质，使得它在电子器件方面有巨大的用处。
近几年来对它的研究在突飞猛进的发展，而且随着研究的进一步深入，碳纳米管的用途越来越广。
本文在阐述碳碳纳米管的发展、结构和独特性质的基础上重点讲述了碳纳米管在电子器件中的应用。
关键字：碳纳米管、电子器件Application of Carbon Nanotube in Electronic Devices Abstract：Carbon Nanotube has many extraordinary properties, especially its electrical properties, making it have great influence in electronic devices. In recent years, the study of it develops by leaps and bounds, and along with the further research ,we find carbon nanotube’s application is more and more widely. This article describes emphatically on the application of the electronic device, based on the development, structure and the unique properties of carbon nanotubes.Keywords:Carbon Nanotube, electronic device1 碳纳米管的发展碳纳米管的研究历史可以追溯到1889年，一项专利中描述了制备一维碳纳米管材料的方法，这个产物中就可能含有CNTs[1]。
1970年，法国科学家Endo 用气相生长技术合成了直径为7nm的碳纤维，但是由于当时他没有对这些碳纤维结构进行深入表征和研究，所以并没有引起人们的关注。
直到1991年，日本NEC公司科学家Iiljima真空电弧蒸发石墨电极，并对产物做高分辨率透射电镜观察意外发现了一种外径为515 nm、内径213 nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。
通过进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并可以看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34 nm ，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335 nm 相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果，并将结果发表到《自然》杂志上，引起轰动，因此Iiljima被公认为CNTs发现者[2]。
之后，碳纳米管以其独特的结构和奇特的物理化学特性引起世界上各个领域的科学家的关注，并致力于研究这种新材料的性能及应用。
1993年，美国IBM 公司Bethune等人和Iiljima同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，得到仅有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管。
1996年，Smallery等人合成了成行排列的碳纳米管束。
同年，中科院物理所解思深等人用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列[3]。
2 碳纳米管的结构碳纳米管是由碳元素构成的一个中空管状结构，可以由单层或多层石墨六边形网格平面（石墨片）沿手性矢量卷绕而成的无缝、中空的微管，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上由碳原子的五边形封顶，是一种特殊结构的一维量子材料。
碳纳米管的每个碳原子采取sp2杂化，相互之间又碳-碳σ键结合，由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。
由于在六边形结构中可能混杂了五边形和七边形，在出现的地方由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出或凹进，因此碳纳米管并不总是笔直的，局部可能出现凹凸现象。
如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管的封口，出现七边形的地方碳纳米管向内凹进[4]。
碳纳米管直径一般为几纳米到十几纳米具有很高的长径比，其两端各有一个由半个富勒烯球体分子形成的“帽子”，经氧化性酸或者其他氧化剂进行氧化切割后可变成两端开口的管道。
根据构成管壁的石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁碳纳米管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs）（如图1）。
SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，径向尺寸较小，一般在0.5-5nm之间，而长度一般为几十纳米至几十微米。
多壁碳纳米管具有几层或几十层石墨片层结构，直径在60nm以内。
与SWNTs 相比，MWNTs的微观结构较为复杂，其多层结构是同心圆柱或是蛋卷状都无法直接通过实验加以证实。
其相邻层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，接近石墨层间距。
多壁管在形成的时候，层与层之间很容易成为缺陷中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。
与MWNTs相比，SWNTs 由单层圆柱形石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷小，具有更高的均匀一致性。
图1 SMNTs和MWNTs结构示意图Fig.1 Structure diagram of SMNTs and MWNTs3碳纳米管的性能碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的机械、化学、电学以及场发射性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断表现出来。
下面我们将简单分类阐述。
由于碳纳米管中碳原子采取sp2杂化，相比sp3杂化，sp2杂化中s轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。
3.1力学性能碳纳米管的硬度和金刚是相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。
其轴向弹性模量目前从理论估计和实验测定均接近甚至超过石墨片，在1TPa到 1.8TPa 之间。
目前在工业上常用的增强性纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，基直径和长度之比。
目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。
若将碳纳米管与其他工程材料制成复合材料，可对基体起到强化作用。
碳纳米管的抗拉强度达到50-200GPa，是钢的100倍，但又由于它具有很高比表面积，其密度只有钢的1/6，是铝的1/2；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为在钢的5倍。
对具有理想结构的单层壁碳纳米管，其抗拉强度约为800GPa。
内外层承受了16%的应变情况下，碳纳米管未见断裂，证明了其具有非凡的韧性和恢复能力，是纳米探针的良好材料。
碳纳米管的结构虽然和高分子材料的结构相似，但却比高分子材料稳定得多。
碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。
若以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，极大地改善复合材料的性能。
3.2导电性能碳纳米管上碳原子的p电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有良好的导电性。
理论分析表明，根据碳纳米管的直径和螺旋角度，大约有1/3是金属性，具有良好的导电性，2/3是半导体性的。
理论计算表明当碳纳米管管径大于6mm时，导电性能下降，当管径小于6mm时，CNTs可以被看成是具有良好导电性的一维量子导线。
通过计算直径为0.7 m的碳纳米管在温度1.5×10-4K具有超导性,预示着在超导领域的应用前景[5]。
Murakami 等人研究了碳纳米管的磁学特性，测得其轴向磁感应系数是径向的1.1呗，超出C60近30倍。
由于碳纳米管独特的电子学性质，十七在电致发光器件和光伏发电领域也得到了广泛的应用[6]。
3.3传热性能碳纳米管具有良好的传热性能[7]。
CNTs具有非常大的长径比，因此其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能很低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。
另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会得到很大的改善。
3.4场发射特性利用CNT[8]作为场发射电极材料,其优良的场发射电极特性,可以使场发射平板显示器变得更薄更亮更清晰,可以使平板显示技术发生革命性变革,较以往的场发射阴极有如下优势:1)碳纳米管微小的直径使其具有一个尖锐的发射尖端,同时它又具有良好的导电性,所以碳纳米管端头易形成强电场,非常有利于电子的场致发射；2)碳纳米管的电子逸出功低,约在1.0～2.0；3)碳纳米管的发射体特性十分稳定,实验表明在200 h内发射电流的涨落仅为2%；4)能够进行大面积的生长、移植,易于制作大面积、过渡均匀的平板显示器；5)原材料来源广泛,制备工艺简单,容易在工业上实现大批量生产。
3.5吸附性能碳纳米管由于其特殊的管道结构及多壁碳管之间的石墨层空隙和表面存在大量分子及细孔，表面积很大，可吸附大量气体[9]。
碳纳米管可吸附大小合适其内径的任意分子，利用其开口顶端的活性作为例子吸附剂，吸附一些活性高的粒子，做成分子水平的催化剂，满足人们对高效、高稳定性。
高抗中毒老化的优良催化剂的要求。
此外，碳纳米管在固相萃取方面显示优异的性能。
碳纳米管对有机化合物金属离子和有机金属化合物等环境污染物均具有较高的富集能力。
碳纳米管作为催化剂载体，在加氢、脱氢和择形催化反应中显示出很大的应用潜力。
碳纳米管一旦在催化化学上应用，就能极大地提高反应的活性和选择性，有望产生巨大的经济效益。
4 在电子器件中的应用碳纳米管有着众多独特的性质，尤其是它的电学性质[10]。
近几年来，碳纳米管的研究已展示出了在纳米电子器件上的应用前景，即通过构建尺寸只有几十纳米甚至更小的基于碳纳米管的电子器件和连线实现速度远快于而功耗远小于目前集成电路的碳纳米管集成电路，下面笔者将从几方面对其在电子器件方面的应用进行分类概述。
4.1基于碳纳米管的结碳纳米管可以构成分子结(又称为异质结)、交叉结和pn结[11]等。
分子结是指通过在单壁碳纳米管中引入一对五边形-七边形(简记为5-7对)缺陷将两段或多段单壁碳纳米管连接起来而形成的结。
交叉结是指将两根单壁碳纳米管交叉形成的结。
而这里的pn结特指通过对单壁碳纳米管调制掺杂形成的pn结。
它们都表现出了类似于硅基微电子学中二极管的特性。
4.1.1 基于碳纳米管的分子结碳纳米管是金属性还是半导体性与其结构密切相关，两个不同直径和螺旋角的碳纳米管相互联结可形成一个金属/半导体、半导体/半导体、或者金属/金属的纳米分子结。
形成的关键是两个不同结构纳米管能相互连接，在形成过程中不需要克服较大的能垒，同时能保持各自的原有结构。
