窄直径分布的DWNT高分辨电镜照片               双单壁纳米碳管和单壁纳米碳管束拉曼光谱的比较
           （内径1.0-1.3 nm，外径1.7-2.0 nm）         
    双壁纳米碳管由于独特的双层结构，为在纳米器件领域的应用奠定了基础。如根据构成两层单壁纳米碳管的导电性不同，可用作分子导线和记忆功能的分子存贮器等纳米电子器件，并可用作分子轴承、分子马达等纳米机械器件。同时，双壁纳米碳管的双层结构也为研究层间作用力对声子和电子结构的影响提供了理想的平台。但是迄今为止，所制备的双壁纳米碳管由于纯度低、无序排列和直径分布较宽的特点，严重阻碍了对其深入的理论研究和实际应用。

沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部于2002年率先提出了流动催化剂法制备纯度较高的双壁纳米碳管，在对结构进行详细研究的基础上，发现了由于组成的双壁纳米碳管的两层单壁纳米碳管不同组合所引起的层间距不恒定的结构特点，并得到了与内、外管的振动相对应的呼吸模，为其进一步的研究奠定了基础。该工作已经成为双壁纳米碳管研究领域先期开创性工作之一，该方法由于其产物纯度高、可控性好以及易于放大等特点已经被广泛引用，成为双壁纳米碳管制备的主要方法。

在此工作的基础上，利用该方法可控性好的特点，通过改变工艺参数成功制备出了直径分布较窄的定向双壁纳米碳管绳。高分辨电镜和共振拉曼光谱的研究结果表明得到的双壁纳米碳管直径分布较窄，内、外管径分布于1.0-1.3 nm 和1.7-2.0 nm之间。制备出的双壁纳米碳管大多在范德瓦尔兹力的作用下形成碳管束，进而形成宏观长度在10厘米以上、定向性较好的双壁纳米碳管绳。基于电子转移的共振原理，通过对其拉曼光谱呼吸模的指认，发现所得到的双壁纳米碳管大多外管具有半导体特性、内管具有金属性，呈现出半导体性-金属性组合。这种具有半导体性-金属性组合的双壁纳米碳管将可能成为很有应用前景的分子导线。

由于定向双壁纳米碳管绳的准一维特征，对其进行了偏振拉曼光谱的研究。在对其G模进行分峰处理的基础上，利用群论分析，对各峰的对称性进行了指认。结果表明双壁纳米碳管的G模由两组相互独立的单壁纳米碳管的振动模组合而成，各振动模基本保持了其原有的峰位，表明纳米碳管的径向振动比周向和轴向振动受层间作用力的影响大。该结果为其直径和导电性能的确定提供了辅助手段，同时，发现了由于层间作用力所造成的半导体性和金属性纳米碳管退偏振行为的改变。

与单壁纳米碳管相比，双壁纳米碳管一个很明显的特点是，其结构不仅取决于构成它的两个单壁纳米碳管本身的几何构型（直径和螺旋性），还依赖于这两个单壁纳米碳管之间的相对周向和轴向的原子位移。但是由于其双层的结构，扫描隧道显微镜不能给出关于其两层碳管原子位置的精确信息。拉曼光谱的呼吸模和G模也仅仅给出了构成它的两个单壁纳米碳管本身的几何构型方面的结构信息。但是，在研究双壁纳米碳管绳的D 模时发现其展现了4个清晰可辨的峰，其高度重复性、直径依赖关系以及偏振拉曼光谱结果表明，他们是双壁纳米碳管的本征峰。其中两峰可指认为与其直径相关的峰，即来自于层间作用力较小的双壁纳米碳管；另两个峰可被指认为来自于两层碳原子采用近似AB堆积的双壁纳米碳管的振动。该结果第一次给出了两层原子相对位置的实验证据，为拉曼光谱对于炭材料的研究以及对于双壁纳米碳管结构的深入认识增添了新的内容。(李峰 任文才)