单壁碳纳米管（SWNT）是推动碳纳米电子学发展的一种非常有前途的材料。然而，分别通过常规化学气相沉积方法或通过组装技术来合成或组装互连/集成电路所需的纯金属/半导体SWNT仍然具有挑战性。最近的研究表明，可控的SWNT合成/组装以及在场效应晶体管中的应用具有重大的科学突破，而场效应晶体管是功能纳米器件中的关键组件，从而使水平SWNT阵列成为创新纳米技术的重要候选者。

有鉴于此，北京大学张锦教授等人，对水平排列的SWNT阵列的可控合成，表面组装，表征技术和潜在应用进行了全面分析。

本文要点

1）首先讨论了具有可调节的方向、密度、结构的水平排列单碳纳米管的合成，以及用于理解生长结果的理论模型。并简要讨论了在目标表面上组装SWNT的几种传统方法。然后讨论了用于表征单壁碳纳米管的技术，从电子/探针显微镜到各种光谱学方法。随后描述了基于水平排列的单碳纳米管的原型应用，如互连，场效应晶体管，集成电路，甚至计算机。最后，总结了本领域面临的挑战，并对今后的研究方向进行了简要展望。

2）在SWNT阵列的制造和表征方面已经取得了重大进展。但是，在实现HASA的实际应用之前，仍有许多问题需要解决。（1）SWNT的生长机理的研究决定了SWNT制备的未来。要制备方向，密度，长度甚至手性均受控的单壁碳纳米管，应充分阐明实验现象背后的机制。尽管气流，电场和晶体衬底可以指导生长中的单壁碳纳米管的取向，但仍然存在未对准的单壁碳纳米管，这将不可避免地降低基于单壁碳纳米管阵列的纳米器件的性能。

3）（2）在过去的20年中，单壁碳纳米管的受控合成取得了显著成就。到目前为止，水平排列的单壁碳纳米管的角度偏差极小，长度大于550 mm，密度大于150管/μm，电导率/手性纯度大于90％。然而，这些特征不是同时获得的，即追求一种最佳性能通常会牺牲其他性能。（3）通过CVD生长的SWNT的可靠表征对于评估生产的SWNT阵列的特性是必不可少的。长度，方向和直径很容易通过显微镜（例如SEM，AFM和TEM）确定；但是，每种技术都有缺点。要用TEM来表征排列好的纳米碳纳米管，应该在不影响其固有特征的情况下将单壁碳纳米管生长或转移到TEM网格上。另外，如果SWNT密度太高，则很难通过现有技术来区分单个SWNT。此外，目前用于确定SWNT手性分布的方法还存在不足。

总之，随着SWNT的受控合成方面的显着进步，依赖于制备的SWNT的应用蓬勃发展。虽然在过去的几年中，与SWNT相关的论文和研究资金的总数有所下降，但可以认为，在Gartner Hype Cycle曲线中，SWNT处于“slope of enlightenment”。

参考文献：

Maoshuai He et al. Horizontal Single-Walled Carbon Nanotube Arrays: Controlled Synthesis, Characterizations, and Applications. Chem. Rev., 2020.

DOI： 10.1021/acs.chemrev.0c00395

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00395