碳納米管是一種具有良好的力學和電學特性的納米材料。由于其獨特的六邊形網狀結構，它具有很高的強度和很好的韌性另一方面，碳納米管的電學性質隨其結構的變化而變化，根據其直徑和螺旋度的不同，它可以呈半導體性或金屬性；在特定條件下，電子在碳納米管中可實現彈道輸運由于碳納米管具備優良的特性，成為納米尺度下廣泛使用的組裝材料。目前人們已經成功地使用碳納米管組裝出了納米鑷子、納米軸承和各種納米電路。對碳納米管的研究表明，碳納米管作為一種納米材料具有廣闊的應用前景。

納米器件特別是納米電子器件的研究，是目前納米技術研究領域中最熱門的課題之一。基于掃描探針顯微鏡的納米操縱技術是制備納米結構、構筑納米器件的一種重要技術，也是構造原型納米電子器件結構的主要方法。利用原子力顯微鏡（AFM）的針尖推動長直的碳納米管K-L，使之產生一個類“S”形結構，測量表明在這個“S”形結構中產生了單電子庫侖效應。更復雜的納米電子器件結構的制備，需要利用納米操縱技術，實現納米線或納米點等結構單元的可控操縱，使其移動到合適的位置或實現與其它結構的連接。因此，納米操縱技術對構造納米器件結構至關重要，研究納米操縱技術和方法，實現對單個納米結構的可控操縱，對制備和研究新型量子功能原型器件具有重要意義。

我們以碳納米管為操縱對象，利用工作在接觸模式下的AFS，實現了對碳納米管束的推動、切割和劈裂等多種操縱。

AFM工作在接觸模式下成像時，由于針尖與樣品表面直接接觸，與表面之間的作用力比較大。因此，能否對碳管穩定成像以及實現可控操縱，取決于針尖與碳管的作用力以及碳管與基底之間作用力的大小。如果碳管與基底表面之間的作用力很小，而其本身的尺寸也比較小，那么在觀察形貌像的時候，碳管就可能會在針尖的作用下移動，甚至被吸附到針尖上，無法穩定成像和進行可控的操縱。所以理想的操縱條件是碳管在一定程度上被固定。

彎折與恢復操縱中，選擇的操縱對象是一根一端固定的碳管束，其長度約900nm，高度約70nm，碳管束左上端自由，右下端延伸至一束較粗的碳管束中，較粗的碳管束與基底的作用力很強，起到固定作用。在獲得穩定圖像后，使用前面描述的方法，增大針尖的壓力，把反饋減小到零，選擇一定的區域進行操縱。我們選擇的是一個400*200nm的長方形區域，連續掃描了64條線，掃描速度為2468nm·s-1。操縱結束后，恢復成像條件對操縱區域進行重新成像。從圖中可以看到，被操縱的碳管束沿操縱方向發生明顯的彎折。對彎折的碳管束，用同樣的操縱方法嘗試將其恢復為準直的狀態，這次選擇的操作區域是一個450*450nm的正方形，連續掃描了256條線，每條線的掃描方向由下至上，掃描速度為8875nm·s-1操縱后重新觀察碳管束的形貌像，碳管束在操縱作用后基本恢復到初始準直狀態。

這組實驗結果表明，用AFM能夠可控地使碳納米管發生形變。碳納米管的形變將顯著改變其電學特性，因此用這種方法，可以實現對碳納米管電學特性的操縱。

操縱的對象是一根較長的碳管束，其長度超過5um，高度在25nm左右。在碳管束的周圍有一些較大的顆粒，這些顆粒限制了碳管束的移動范圍，從而為切割碳管束創造了有利條件。在碳管束的切割操縱中，使用了很快的針尖掃描速度10433nm·s-1，操縱時的掃描范圍是一個500*1100nm的豎直的長方形，共掃描了128條線，每條線的掃描方向都是從下至上，切割的結果可以看到，由于碳納米管束的兩端被較大的粒子固定住了，所以在針尖的大力推動下，碳管束的移動受到限制，從而使碳管束發生斷裂，斷裂后形成的新端點不受顆粒的限制，呈自由狀態，所以在接下來的掃描過程中被針尖繼續推移，最后變得幾乎和針尖移動方向（即y軸方向）平行，清晰可見，切割操縱后，我們又試圖把切斷后的碳管束再搭上，切斷后的碳管束雖然沒有搭上，但斷點間的距離確實減小了不少，這組操縱結果表明，當碳管束在基底表面的移動受到制約時，用AFM針尖掃描時的側向力可以實現碳管束的切割，切割后的碳管束位置一般會移動，用同樣的方法，可以重新定位移動后的碳管束。

碳管束的劈裂實驗中，操縱的對象是一根長為1.3um，高為3nm的碳管束，實驗中發現，這根碳管束和HOPG表面的作用力非常大，用前面描述的操縱方法不能將其推動，為了增加針尖對表面的作用力，我們采用了關掉反饋，單步推進針尖的方法，并實時監控針尖Deflection信號，控制針尖與表面的作用力，由于單步推進可以使針尖移動較大的距離，所以這種方法與調節set point的方法相比，可以使針尖對表面施加更強的作用力，使用這種方法，操縱區域為400*800nm，針尖的掃描方向是由下向上，一共掃描了128條線，操縱結束后，單步控制針尖后退，直到Deflection信號恢復正常成像值，然后掃描成像，操縱后碳管束被辟裂成了幾乎平行的兩根，通過不同角度的掃描成像，排除了由于針尖效應產生假象的可能，對操縱前后碳管束高度的分析表明，原碳管束的高度在3nm左右，劈裂后的碳管高度為1.4nm左右，與HRTEM得到的SWCNTs直徑相符，這組操縱結果表明，當AFM針尖施加的作用力較大時，可以使碳管束劈裂，實現碳納米管與管束的分離。

結論用接觸模式下的原子力顯微鏡，實現了對HOPG基底上的單壁碳納米管束的可控操縱，通過改變針尖的作用力和掃描速度，可以成功地對不同的碳管束進行彎折、移動、剪切和劈裂等操縱，操縱結果表明，原子力顯微鏡為制備納米結構和構造納米原型器件提供了有力的手段，用原子力顯微鏡對碳納米管束進行操縱，其結果受碳管束在基底表面的受力狀況的影響，具體的操縱參數，需要考慮碳管束與基底的相互作用以及與其周圍其它結構的相互作用，使用接觸式AFM操縱方法的優點在于，針尖對表面的作用力可以很大，能夠對尺寸較大的碳納米管束進行操縱，而當碳管束在一定程度上被固定時，操縱起來更加容易控制。