Kể từ khi được phát hiện, tính chất điện của vật liệu CNT đã giành được sự chú ý của giới khoa học. CNT có kích thước nanô và đặc điểm cấu trúc có tính đối xứng cao, các hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng quang cũng như các tính chất điện, tính chất từ, tính chất nhiệt... của CNT rất đặc biệt.
19
Đối với các SWCNT, độ dẫn điện phụ thuộc cấu trúc, tức là phụ thuộc (n, m). Bằng lý thuyết người ta chứng minh được: Nếu (n - m) là bội của 3 thì SWCNT là kim loại, nếu (n - m) không là bội của 3 thì SWCNT là bán dẫn [24] (hình 1.6). Do vậy các ống thuộc loại armchair (m = n) đều có tính chất như kim loại và nếu véctơ cuộn Ch được phân bố ngẫu nhiên thì sẽ có 1/3 tổng số SWCNT là kim loại và 2/3 tổng số SWCNT là bán dẫn.
Hình 1.6 Tính chất điện của SWCNT phụ thuộc vào chỉ số (n, m) [24].
Đối với SWCNT là bán dẫn độ rộng vùng cấm được xác định bởi công thức: Eg=2ac-cγ/d (1.6)
Trong đó ac-c là độ dài liên kết C-C trong mạng graphen hai chiều, γ = 2,5-3,5 eV, d là đường kính CNT.
Căn cứ vào công thức (1.6) có thể thấy nếu SWCNT có đường kính d = 1nm thì độ rộng vùng cấm sẽ nằm trong khoảng 0,7 eV đến 0,9 eV. Ngoài ra từ công thức (1.6) ta thấy độ rộng vùng cấm của ống tỷ lệ nghịch với đường kính ống, khi đường kính ống rất lớn thì Eg -> 0, nghĩa là tính chất điện CNT tương tự tính chất điện của graphen. Như vậy có thể thấy thay đổi cấu trúc SWCNT có thể thay đổi độ dẫn từ điện môi đến bán dẫn, đến dẫn điện như kim loại.
Ngoài ra độ dẫn điện của SWCNT không chỉ phụ thuộc vào đường kính của ống mà còn phụ thuộc vào lực tác dụng lên ống. Dùng hiển vi lực nguyên tử để đo điện trở ở từng phần của ống nanô các bon thì thấy rằng đối với SWCNT dẫn điện như kim loại thì điện trở không thay đổi dọc theo ống. Tuy nhiên đối với SWCNT dẫn điện kiểu bán dẫn, khi kết lại thành sợi dài thì điện trở rất phụ thuộc vào vị trí đặt các đầu bốn mũi dò để đo.
20
Hình 1.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của N2
(hình vuông) và O2 (hình tròn) của SWCNT tại nhiệt độ 77,3K. Ký hiệu HT và AG là SWCNT đã xử lý nhiệt và chưa xử lý nhiệt, V là phần trăm thể tích khí hấp phụ trên khối lượng mẫu, p/p0 là áp suất riêng phần của khí bị hấp phụ [31].
Nói chung độ dẫn điện của SWCNT kim loại cỡ 10-4
( .cm)-1 ở 27 oC. Như vậy, CNT là sợi các bon có độ dẫn tốt nhất [9, 54]. Các phép đo cho thấy mật độ dòng trong ống lớn hơn 107
(A/cm2), lý thuyết dự đoán lớn hơn 1013
(A/cm2) [96].
Sai hỏng ở CNT có thể làm thay đổi tính dẫn điện. Thí dụ một SWCNT, phần đầu có cấu trúc kiểu armchair (m = n), phần sau ống có cấu trúc chiral (m ≠ n). Chỗ tiếp xúc giữa hai đoạn cấu trúc khác nhau này có tính chỉnh lưu như một tiếp xúc p-n của bán dẫn. Có thể xem đó là một điốt hay là một nửa của một transistor.
Tính chất điện của MWCNT còn phức tạp hơn. Khoảng cách giữa các vách theo chiều xuyên tâm nhỏ nhất là 0,34 nm (bằng khoảng cách giữa các lớp của cấu trúc graphit). Có thể xem điện tử bị nhốt trong các lá graphen của từng ống. Đối với ống to ở phía ngoài sự dẫn điện tương tự như ở lá graphen phẳng vì khi đường kính của ống lớn thì khe năng lượng gần bằng không. Những ống ở bên trong dẫn điện hay không (tùy loại, ziczắc, armchair hay chiral) thì các ống ở bên ngoài cũng ít nhiều dẫn điện do đó MWCNT ít nhất cũng có tính chất bán kim như ở graphit.