●第1章碳及碳納米管概述001
張峰
（中國科學院金屬研究所）
1.1碳的廣泛性、特殊性及多樣性002
1.1.1碳的廣泛性002
1.1.2碳的特殊性005
1.1.3碳的同素異形體009
1.2碳納米管的發現014
1.2.1碳納米管的發現過程014
1.2.2碳納米管的合成方法017
1.3碳納米管的特性、應用前景及發展方向021
1.3.1碳納米管的特性021
1.3.2碳納米管的應用前景026
1.3.3碳納米管的發展趨勢034
參考文獻036
第2章碳納米管的結構特征045
叢洪濤
（中國科學院金屬研究所）
2.1碳納米管的基本結構046
2.1.1多壁碳納米管046
2.1.2單壁碳納米管048
2.1.3不規則碳納米管的結構與歐拉定理049
2.1.4碳納米管結構的穩定性051
2.2單壁碳納米管的結構057
2.2.1幾何結構057
2.2.2電子結構061
2.3碳納米管的結構表征064
2.3.1電子顯微鏡064
2.3.2拉曼光譜067
2.3.3吸收光譜074
2.3.4發射光譜078
參考文獻081
第3章碳納米管的制備方法與純化技術087
侯鵬翔
（中國科學院金屬研究所）
3.1碳納米管的制備方法088
3.1.1電弧放電法089
3.1.2激光蒸發法093
3.1.3化學氣相沉積法094
3.1.4其他方法097
3.2碳納米管的結構控制制備098
3.2.1形貌控制098
3.2.2導電屬性控制107
3.2.3手性控制111
3.3碳納米管的生長機理114
3.3.1研究方法114
3.3.2生長機制116
3.4碳納米管的純化技術119
3.4.1物理法119
3.4.2化學法121
3.4.3綜合法123
參考文獻124
第4章碳納米管的表面特征與孔結構131
侯鵬翔，楊全紅
（中國科學院金屬研究所，天津大學化工學院）
4.1碳納米管中的氣體吸附133
4.2碳納米管的表面134
4.2.1碳納米管表面化學結構的不均勻性136
4.2.2單壁碳納米管的比表面積139
4.2.3多壁碳納米管的比表面積141
4.2.4碳納米管的管束結構143
4.2.5大比表面積碳納米管的制備和孔徑控制144
4.3碳納米管中的孔及其決定的吸附過程147
4.3.1基本孔隙—碳納米管的準一維納米中空管腔148
4.3.2單壁碳納米管的氮吸附和多維孔結構150
4.3.3多壁碳納米管的多維孔結構及其決定的吸附過程152
4.3.4碳納米管多維孔結構模型154
參考文獻156
第5章碳納米管的力學性能及其在復合材料中的應用161
叢洪濤，曾尤
（中國科學院金屬研究所）
5.1碳納米管力學性能的理論研究162
5.1.1碳納米管的楊氏模量163
5.1.2碳納米管的Stone-Wales形變165
5.1.3碳納米管斷裂的理論分析167
5.2碳納米管的力學性能170
5.2.1碳納米管的軸向模量170
5.2.2碳納米管的徑向模量175
5.2.3碳納米管的拉伸強度176
5.2.4掃描探針顯微鏡用探針184
5.3碳納米管復合材料187
5.3.1碳納米管/聚合物復合材料187
5.3.2碳納米管/金屬基復合材料191
5.3.3碳納米管/陶瓷復合材料195
參考文獻198
第6章碳納米管的電磁性能及其應用203
尹利長
（中國科學院金屬研究所）
6.1碳納米管的能帶結構205
6.1.1二維石墨烯205
6.1.2單壁碳納米管206
6.1.3扶手椅型和鋸齒型單壁碳納米管208
6.1.4金屬性單壁碳納米管的窄能隙211
6.1.5碳納米管束和多壁碳納米管的電子結構213
6.1.6碳納米管結215
6.1.7單壁碳納米管電子態密度的實驗測定219
6.1.8碳納米管的電子能量損失譜223
6.2碳納米管中的電子輸運及磁學性質224
6.2.1碳納米管的電子輸運特點224
6.2.2多壁碳納米管的電學特性225
6.2.3單壁碳納米管的電學特性229
6.2.4缺陷與摻雜碳納米管的電學特性231
6.2.5碳納米管的磁學性質232
6.2.6碳納米管的A-B效應234
6.3碳納米管的超導特性235
6.3.1碳納米管超導特性的理論研究235
6.3.2碳納米管超導特性的實驗觀測236
6.4碳納米管電磁性能的應用238
6.4.1碳納米管電子器件238
6.4.2微型傳感器242
6.4.3碳納米管電動機械裝置242
參考文獻245
第7章碳納米管的場致發射性能及其應用249
佟鈺
（瀋陽建築大學材料科學與工程學院）
7.1概述250
7.2場致發射基本原理250
7.2.1固體內部的電子狀態與表面勢壘250
7.2.2電子逸出與逸出功252
7.2.3福勒爾-諾德海姆場致發射模型253
7.2.4場致發射的電場增強效應256
7.3場致發射性能的測試方法257
7.3.1測試樣品的準備257
7.3.2場致發射結構的組裝263
7.3.3場致發射性能測試設備264
7.3.4場致發射性能評價指標266
7.4碳納米管的場致發射性能267
7.4.1單壁碳納米管的場致發射性能267
7.4.2多壁碳納米管的場致發射性能270
7.4.3碳納米管場致發射性能的主要影響因素279
7.5碳納米管場發射體的失效方式與改進方法287
7.5.1碳納米管場發射體的失效方式287
7.5.2改進方法290
7.6碳納米管場致發射性能的應用293
7.6.1場致發射平板顯示器294
7.6.2冷發射陰極射線管297
7.6.3X射線電子源298
7.6.4其他可能應用302
參考文獻302
第8章碳納米管柔性薄膜晶體管器件307
孫東明
（中國科學院金屬研究所）
8.1柔性薄膜晶體管器件308
8.2碳納米管薄膜晶體管310
8.2.1碳納米管薄膜溝道材料314
8.2.2碳納米管薄膜的電學性質317
8.2.3碳納米管薄膜的成膜技術325
8.3柔性碳納米管薄膜晶體管及集成電路333
8.3.1基於轉移技術的柔性器件333
8.3.2基於碳納米管溶液的柔性器件336
8.3.3基於氣相收集碳納米管薄膜的柔性器件342
8.4透明碳納米管薄膜器件343
參考文獻352
第9章碳納米管的電化學性能及其應用357
喻萬景
（中南大學冶金與環境學院）
9.1碳納米管在鋰離子電池中的應用358
9.1.1鋰離子電池概述358
9.1.2鋰離子電池中的負極材料360
9.1.3碳納米管復合負極材料363
9.1.4碳納米管在鋰離子電池中的實際應用374
9.2碳納米管的電化學電容特性及應用374
9.2.1電化學電容器原理及關鍵材料375
9.2.2影響極化電極比電容量的主要因素378
9.2.3碳納米管的電化學電容特性383
9.2.4電化學電容器應用展望388
參考文獻389
第10章碳納米管化學393
欒健
（中國科學院金屬研究所）
10.1碳納米管的結構和化學性質394
10.1.1碳納米管的價鍵結構及化學特性394
10.1.2碳納米管的缺陷類型及其產生396
10.1.3理想的一維納米空間397
10.2管中化學—碳納米管反應器中的物理化學398
10.2.1碳納米管開口中空管的吸附行為398
10.2.2碳納米管的填充400
10.2.3最小的反應器—納米試管404
10.3管外化學—碳納米管的化學改性406
10.3.1碳納米管化學改性的機理407
10.3.2碳納米管的化學改性及其應用408
10.4碳納米管的分散和分離423
10.4.1碳納米管的水分散體繫423
10.4.2碳納米管的有機溶劑分散體繫425
10.4.3碳納米管的高分子分散體繫425
10.4.4碳納米管的導電屬性和手性分離426
參考文獻431
索引436
