中文摘要：

碳纳米管（CNTs）异质结是CNTs电子学、纳电子器件的典型结构，具有重要且普遍的应用前景。为克服目前异质结仅由原子力显微镜等昂贵设备制造、生产效率低、不利于工业生产等缺点，本课题提出一种利用再组装技术批量制备CNTs异质结的新方法。采用紧束缚分子动力学方法，研究CNTs端帽原子的量子状态，理论分析其端帽打开并实现再连接的行为机理，预测工艺条件；采用分子设计方法，研究CNTs端帽官能团化并预组装工艺，将CNTs植入高有序性氧化铝模版中，用微尺度外力场控制CNTs空间取向定位；精确调控温度、催化和电子迁移所需外电压等条件，研究实现CNTs选择性再连接的并行组装工艺；利用异质结性能测试与结构表征，分析原子拓扑缺陷对异质结性能的影响规律，建立CNTs异质结的[工艺参数-纳米结构-器件性能]传递规律模型；实现CNTs异质结并行制备的再组装技术，为CNTs纳米器件批量制造提供新原理、新方法。

结论摘要：

碳纳米管（CNTs）异质结是CNTs电子学、纳电子器件的典型结构，有着重要且普遍的应用前景。为克服目前异质结仅由原子力显微镜等昂贵设备制造、生产效率低、不利于工业生产等缺点，本项目提出一种批量制备CNTs异质结的新方法。为模拟CNTs管壁结构缺陷演变的动态过程，项目提出了一种基于Stone-Wales缺陷演变理论与分子动力学、Monte Carlo来模拟CNTs端帽位置变化的新算法。通过CNTs体系的能量变化曲线验证，发现该模拟方法能得到比较合理的演变路径和最终构型，并且能在一定程度上模拟五元环/七元环的拓扑转移演变，所有模拟均根据能量最低原理来模拟。项目模拟了CNTs两个端帽的靠近、打开并互相连接形成异质结的动力学过程，理论分析其端帽打开并实现再连接的行为机理。对碳纳米管进行表面修饰，实现了碳纳米管羧基化和氨基化，利用重氮盐化学结合羧基和氨基实现碳纳米管多功能化修饰。并成功对官能团化CNTs进行了介电泳排列实验，实现了将CNTs初步铰链的预组装。在此基础上，在多功能化碳纳米管分散溶液中加入纳米氧化锌（ZnO，p型）和酞菁铜（CuPc，n型），用精密喷涂工艺在传感器表面形成新型p-n结型纳米尺度异质结，新型异质结敏感膜的声表面波气体传感器灵敏度提高了10倍，响应时间减为原来的1/5。本项目的研究为CNTs纳米器件批量制造提供新参考。