Wytwarzanie NW
Osady katodowe zawierające NW powstają przy gęstości prądu łuku ~90 A/cm2, odległości między elektrodami ~1 mm i ciśnieniu helu w generatorze ~500 hPa (czasem zamiast helu stosuje się argon, azot lub wodór). Osady katodowe mają strukturę kolumnową, rosnącą od zimnej katody lub zewnętrznej otoczki osadu o strukturze grafitu turbostratycznego (tj. bez porządku między kolejnymi płaszczyznami) w kierunku anody — źródła gazu węglowego. Kolumny składają się ze splątanych nanorurek, zanieczyszczonych klasterami grafitu. Rurki układają się w pęki na ogół nie zorientowane z kierunkiem wzrostu osadu. Wydajność procesu nie przekracza 25% odparowanego grafitu. Zarodkami wzrostu NW są krawędzie zdeformowanych płaszczyzn grafitowych i duże klastery grafitowe, dalszy wzrost NW jest związany z anizotropową strukturą grafitu, dla której energia wiązania atomu węgla w płaszczyźnie grafitu wynosi 2,3-3,5 eV, a energia wiązania między płaszczyznami grafitu w przeliczeniu na atom węgla 0,11 eV. Różnica w wartościach energii wiązania jest przyczyną dołączania atomów do końców, a nie do bocznej powierzchni nanorurek. Anizotropowe przewodnictwo cieplne grafitu, znacznie wyższe wzdłuż płaszczyzn heksagonalnych (16-9 W/Kcm) niż w kierunku prostopadłym do nich (0,1-0,18 W/Kcm), w T = 2000 K pozwala na odprowadzanie ciepła wzdłuż rurki, co ułatwia wzrost długości, a nie grubości rurek. Często obserwowano NW zakończone wstążkami grafitowymi, co sugeruje, że rosną one ze zwijanych płaszczyzn grafitowych z niezamkniętą powierzchnią boczną. Takie NW mogą być nieodporne chemicznie oraz mechanicznie i mogą łatwo ulegać zniszczeniu. Technologia NW nie jest opanowana na tyle, by móc kontrolować ich grubość, długość, stopień uporządkowania czy ilość domieszek. W preparatach zawsze pozostają zanieczyszczenia. Ponieważ wzrost rurek zachodzi w nierównowagowych i niestabilnych warunkach w skali mikroskopowej, fluktuacje w dopływie gazu węglowego mogą spowodować zamknięcie NW i przerwanie jej wzrostu. Małe klastery grafitowe, wstążki grafitowe i tym podobne zanieczyszczenia preparatów oraz część defektów samych NW można usunąć przez utlenianie w powietrzu, defekty strukturalne warstw można usunąć przez wygrzewanie w próżni, w temp. powyżej 2000 K. Próbuje się ustalić warunki pozwalające na wytwarzanie bardzo długich jednościennych NW. Gdy proces prowadzi się w atmosferze wodoru, gaz ten przejściowo wysyca zerwane wiązania na krawędziach NW, zapobiegając ich zamykaniu się. Podobną funkcję spełniają metale przejściowe, które katalizują wzrost NW. W wielu doświadczeniach stosowano elektrody z kilkuprocentowym dodatkiem żelaza, kobaltu, niklu lub innych metali albo tlenków metali, powoduje to jednak zanieczyszczenie NW metalami i ich węglikami. Dodatek kobaltu lub niklu w syntezie w łuku elektrycznym w atmosferze H2 znacznie zwiększa zawartość NW jednościennych. R.E. Smalley wytwarzał jednościenne NW splecione w liny, odparowując impulsem laserowym grafit impregnowany metalami: Co, Cu, Nb, Ni i Pt jako katalizatorami. Metodą konkurencyjną do elektrołukowej metody wytwarzania nanorurek jest katalityczny rozkład węglowodorów w wysokich temperaturach (~850 K) w atmosferze np. 0,9Ar + 0,1H2, nośnikiem węgla może być np. ksylen C8H10, a katalizatorem metal przejściowy w związku metaloorganicznym, np. żelazo w ferrocenie Fe(C5H5)2. Katalizator metaliczny lub tlenkowy może być również osadzony na podłożu. Tą metodą można wytwarzać matryce NW.
Dodatek innych materiałów do elektrod lub do atmosfery komory łukowej stosuje się też w celu domieszkowania NW — domieszka jest wprowadzana albo przez podstawienie atomów węgla tworzących ściany nanorurek, albo wbudowanie materiału do środka rurki. Stosując domieszkowane elektrody, wprowadzono do środka NW atomy ponad 30 pierwiastków i cząsteczki wielu związków (ze względu na możliwość obserwacji niskowymiarowych kryształów, szczególnie interesujące są krystality znajdowane w cienkościennych NW). W ten sposób NW domieszkowano borem, a z fazy gazowej — azotem; ponieważ bor jest akceptorem, a azot donorem elektronów uważano, że będzie możliwa zmiana typu przewodnictwa oraz kontrola koncentracji swobodnych nośników prądu. NW można napełniać również po ich wytworzeniu, otwierając ich końce za pomocą trawienia w kwasie azotowym z azotanami metali (a następnie wygrzewając w celu ich rozłożenia).
