单壁碳纳米管独特的电学和力学性质促进了其在柔性器件和太阳能电池等方面的应用研究。单壁碳纳米管在电子器件领域的应用要求具有窄管径分布和单一导电属性的单壁碳纳米管阵列,以确保获得最理想的和可重复的器件响应。本论文的研究工作以单壁碳纳米管在电子器件中的应用为牵引,通过催化剂的设计和反应气氛的调节,实现了单壁碳纳米管的管径分布调控和均一导电属性单壁碳纳米管阵列的控制制备,首次阐述了温度与金属性/半导体性碳纳米管分离反应选择性之问的关系。本论文主要包括以下几部分:大管径半导体性单壁碳纳米管阵列的原位水辅助CVD生长、高密度半导体性单壁碳纳米管阵列的“淬火法”制备以及壁数/管径可控的碳纳米管阵列的制备。　　在大管径半导体性碳纳米管选择性生长方面,利用原位水辅助CVD方法获得了石英基底表面的半导体性碳纳米管平行阵列,平均管径在2nm以上。利用金属性和半导体碳纳米管在化学反应活性上的差异,选择水这种弱氧化剂作为分离试剂,可将活泼的金属性碳纳米管刻蚀,留下半导体管。原位水辅助CVD方法中,生长和分离同时在石英基底上进行,这保证了碳纳米管水平阵列形貌的直接获得。在850℃的生长温度下,引入2000-3000 ppm水蒸气的生长体系中制各出了半导体性碳纳米管阵列。CVD生长采用的较高温度下,水的反应活性更强,可以同时刻蚀小管径的半导体性碳纳米管,因此该方法还具有管径选择性,可直接获得大管径半导体性单壁碳纳米管阵列。　　在高密度半导体性单壁碳纳米管阵列的“淬火法”制备方面,借鉴工业上的金属淬火工艺概念,设计了碳纳米管的“淬火”分离体系。以半导体性碳纳米管为目标结构,在高温CVD生长后随即通入水蒸气快速反应将金属性碳纳米管氧化刻蚀,留下导体性碳纳米管。基于对水分离金属性/半导体性碳纳米管体系中的影响因素如温度、水蒸气浓度、碳纳米管结构与表面特性、气氛组成等的系统考察,提出了高效的分离策略。具体措施是:将分离反应温度降至低于碳纳米管生长温度100℃、气氛中不使用氢气以及提高水蒸气浓度至约6000ppm。电学测试结果表明制备的阵列中半导体性碳纳米管含量可达95％以上。Raman表征结果显示在取得高分离效率的同时,阵列中小管径(1.0-1.5nm)半导体性碳纳米管得以保留,说明了此选择性制备方法的高产率。在此基础上运用“淬火法”分离技术,制备了含高比例半导体性碳纳米管的连续薄膜,其变温分离的特点还减少了分离后样品中金属性碳纳米管片段的残留,同时提高了分离反应的可调性和可控性。在分离机理研究方面,首次提出温度与分离效率的相关性,认为在高温下,半导体性碳纳米管自由载流子的热激发变得明显,因而具备更高的反应活性,不利于有效分离。　　在壁数/管径可控的碳纳米管阵列的制备方面,发展了Fe-Cu双金属催化生长方法,实现了水平阵列和竖直阵列中单壁碳纳米管的选择性制备及管径调控。对于水平阵列生长,使用催化剂盐溶液混合方法制备Fe-Cu双金属催化剂,成功调控了碳纳米管管径分布。针对竖直阵列不同于水平阵列的生长机理,将铜作为辅助催化剂通过溶液沉积分散到铁表面,此方法可以使铜均匀分布于铁催化剂颗粒的表面和间隙,从而获得高催化活性的Fe-Cu二元催化剂。对Fe-Cu双金属催化剂在生长条件下陈化聚集行为进行了考察,发现铜在辅助铁催化剂制备单壁碳纳米管时可以阻碍其陈化过程。将Fe-Cu二元催化剂与非金属-磁性金属、磁性金属-磁性金属三种二元催化体系的生长结果进行对照分析,认为铜的引入可能影响了铁颗粒表面的氧化还原态,从而保持了铁的较小的活性区域和适当的催化活性,使单壁碳纳米管的优先生长和管径调控成为可能。