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　　尽管纳米碳管的研究在制备技术上已经取得了令人瞩目的进展，但是在理论上对单壁和多壁纳米碳管的生长机理的理解还相对滞后。要制备单壁纳米碳管必须使用过渡族金属催化剂，而制备多壁纳米碳管时并不需要，这说明单壁纳米碳管和多壁纳米碳管的生长机制是不同的。在每种合成方法中，碳源在过渡族金属催化剂中的富集触发单壁纳米碳管的形成。实验结果表明，碳管的直径分布取决于催化剂的成分，生长温度和其他生长条件。电弧法和激光蒸发法所得的碳管样品非常类似，因此，对单壁纳米碳管的生长来说，其生长机制是相同的。生长机制不应该强烈地依赖于实验细节，而应更多地取决于非平衡条件下碳的析出动力学，在没有催化剂作用下就不能生长出单壁纳米碳管，因此，对合成单壁纳米碳管生长的准确机理仍是目前争论的焦点。
　　用催化剂法生长碳纤维的研究表明，纤维的生长始于催化剂粒子表面的面的碳析出，而终止于杂质或稳定的碳化物形成所引起的催化剂中毒，从能量角度来考虑，在纤维的生长过程中，所形成的新表面倾向于在石墨能量较低的基面析出，而不是在能量较高的棱面析出，这就是碳纤维形成管状特征的原因所在。但是，石墨层的弯曲在成核和生长的自由能等式中引入了附加的弹性能项，导致了碳纤维直径的最小值约为10nm。纳米碳管的直径比该阈值小得多，这说明碳纤维的生长机制不能够完全解释纳米碳管的形成，我们必须考虑新的机制。应该注意到，多壁纳米碳管与碳纤维的生长有显著不同。在多壁纳米碳管生长过程中，无催化剂颗粒或任何外部介质的作用。另外，与碳纤维的开口端或金属颗粒的终止端相比，多壁纳米碳管的头部常常是封闭的，一个重要素的问题自然地被提出了，那就是在生长过程中碳管是一直保持开口还是一直保持闭口。