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单壁碳纳米管拉曼光谱及电输运性质研究
引言
单壁碳纳米管是二十世纪九十年代初期以来材料科学中最具活力的研究领域之一，具有优异的电子输运特性和机械性能，被广泛应用于导电材料、传感器、太阳能电池、催化剂和生物医学等领域[1-3]。然而，由于单壁碳纳米管尺寸较小，结构非常复杂，并且与周围环境的相互作用非常强烈，因此其光学、电学、力学和热学性质都具有很强的异质性和非线性特性，导致了单壁碳纳米管的普遍研究难度和复杂性。因此，建立单壁碳纳米管的结构表征和性质分析方法非常重要，能够为其进一步应用提供有价值的指导。
本文将重点介绍单壁碳纳米管的拉曼光谱和电输运性质，并分析其研究现状和发展趋势。
一、单壁碳纳米管拉曼光谱特性
拉曼光谱是一种非常有效的表征单壁碳纳米管结构和物理性质的方法。在单壁碳纳米管的拉曼光谱中可以观察到两种基本的光谱特征：桶形(RBMs)和辐射(Modes)模式[4]。
桶形模式(RBMs)是由于单壁碳纳米管的圆筒状结构的宽度限制产生的，其表现为提高的相对强度和相应的频率移动，因此提供了该管子结构直径的信息。辐射模式是由于单壁碳纳米管的弯曲或璧合块而产生的光谱模式，它们表征了管子的拓扑形貌和化学吸收性能。从单壁碳纳米管的拉曼光谱可以得到如下结论:
1.单壁碳纳米管的直径对桶形模式(RBMs)和辐射模式的影响不同。RBMs和辐射模式的位置和强度变化程度不同，这可能与不同的局域振动对纳米管的尺寸敏感性有关。
2.单壁碳纳米管的层数通过比较与高层石墨烯的相似光谱特征来推断，其RBMs的弥散峰间距可以用来确定其直径。
3.单壁碳纳米管的宽度对其光学性质的影响比较明显，因为其在弱耦合近似下的拉曼振动谱基于管子内部的声子模式。
二、单壁碳纳米管的电输运性质特性
单壁碳纳米管在电学传输中具有许多独特的特性，例如极高的导电率和电流密度，与半导体结构类似的能带结构以及其它特殊的电学性质[5-7]。
1.电学性质的基本理论
由于单壁碳纳米管的结构和电学性质与其直径密切相关，因此确定单壁碳纳米管包含的构型是非常重要的。通过建立晶格轨道的模型，可以预测单壁碳纳米管的电子能带结构，包括导带和价带的位置，带隙大小以及阿尔万-坎宁汉(EAC)规则。这些理论预测提供了在实验中定量测量这些电学性质的依据。
2.导电性质
单壁碳纳米管具有很高的电导率和导电性，这与其超小的尺寸和高长宽比有关，长的管子更有可能形成良好的导电路径。由于固体中电荷的传输是受限的，单壁碳纳米管的导电通常是磁场和结构相关的。许多研究表明，单壁碳纳米管在与外界交互以形成具有晶格向序或有序电荷分布时表现出良好的导电性。
3.半导体特性
由于单壁碳纳米管的电子能级结构的反周期性，与半导体晶体相似，因此单壁碳纳米管还具有半导体特性。这个半导体性质是由单壁碳纳米管的几何构造、电子态密度和水平限制确定的。该半导体性质可以通过量子交错效应、静电相互作用和禁带修整等进行优化。
4.热电性质
单壁碳纳米管的热电特性是指在外部电场作用下，材料之间热能和电能的相互转化性质。由于单壁碳纳米管的高电导率和强子晶交互作用，因此它具有非常优异的热电性能。
总结
本文综述了单壁碳纳米管的拉曼光谱和电输运性质，分析了其基本理论和实验研究现状，提出了下一步的研究方向和应用前景。尽管单壁碳纳米管的研究仍面临许多挑战和困难，但随着技术的进步和理论的深入，相信将不断有新的成果涌现，为材料科学和电子工程领域的发展作出重要贡献。
参考文献：
[1]QianY,ChangR,FengY,etal.Physicochemicalpropertiesofcarbonnanotubes[J].ChemicalandBiologicalEngineering,2018,35(2):1-13.
[2]DuM,FangS,LiWL,etal.SynthesisofcarbonnanotubesbyCo-Mo/Al2O3catalystanditscatalyticmechanism[J].MaterialsReviewA,2018,32(12):1201-1209.
[3]ZhangY,XiaoD,PengX,etal.Abriefreviewoftheapplicationofcarbonnanotubesinthefieldofsensors[J].SuperfineEnergyTechnology,2018,22(4):73-80.
[4]DresselhausMS,JorioA,SouzaFilhoAG,etal.Ramanspectroscopyonisolatedsinglewallcarbonnanotubes[J].Carbon,2002,40(11):2043-2061.
[5]YuD,WangM,DingY,etal.Elec