在进行大量的实验和理论分析后，Gamaly和Ebbesen提出了电弧放电腔中形成CNT的一系列步骤[2，11-13]。阴极表面附近的饱和碳蒸气层是固态石墨阴极蒸发的结果，该饱和碳蒸气层可提供最大程度的反应，来捕捉两组不同速度分布的碳颗粒。两组竞争的碳源中，一组是阴极表面蒸发产生的，符合Maxwellian速度分布；另一组则包含在两电极间电压加速的碳离子，它们沿着电流方向有着单一的能量值。因此，可以看到，Maxwellian碳组中由于缺少对称性将形成形状不可预知的随机碳簇，而沿电流方向的反应颗粒则会形成如CNT的拉长结构。
阴极表面上碳沉积而形成棒状结构的过程是许多层碳沉积的结果。以下是电弧放电过程中CNT形成的步骤。
（1）核形成
核结构对于CNT的生长非常重要。最初的加热、电极电离和电极间的气体在形成稳定的离子流中扮演重要的角色[10]。如前面所述，相互作用离子的最初Max-wellian分布通常伴随着定向的颗粒流，这部分颗粒流导致核结构的形成[11]。
（2）CNT生长
凝结在阴极上的核颗粒与阴极套内的电场发生相互作用，从而使相邻的颗粒物内形成电偶极矩。不同核颗粒之间的相互作用力可能与电场方向一致，这会形成线状富碳结构[14]。Gamaly和Ebbesen详细地说明了，与其他碳簇形成过程所生成的细长碳管相比，定向颗粒流与阴极固体表面相互作用所产生的细长碳管的强度要高出三个数量级。因此，电弧放电碳形成过程中生成的、沿对称轴生长的碳管比该过程中生成的、非定向随机的富勒烯分子更多。同时，Maxwellian速度分布的碳颗粒继续形成小管，这有助于碳颗粒连接至正在生长的纳米管，从而形成MWCNT。
（3）CNT动力学
虽然带负电的CNT核被阴极套排斥，但是颗粒流提供的动量和阴极套边界上CNT拥有的初始速度使得一些核颗粒沉积在阴极表面[14]。来自美国密西根大学的Keidar和Waas确定了电弧放电腔中不同位置处形成CNT的相关参数[14]。他们总结出，长宽比较小的CNT会受等离子体流的影响，从而沉积在电弧放电腔壁面上；长宽比较大的CNT则会沉积到阴极表面上。CNT通过与等离子流的相互作用所获得的速度和和CNT的长宽比依赖性等因素决定了CNT形成的具体位置———在电弧放电腔壁面上或是在阴极表面，如图15.2所示。(www.xing528.com)
电弧放电方法能大批量地生成CNT，但是其代价却是质量的降低，因为CNT管壁的石墨化并不理想。美国西北大学的Wang等人[2]通过改变原有电弧放电腔的一些物理电气元器件，提高了采用该方法生成的巴基管（一种CNT）的质量。加上钨丝作为特斯拉线圈的延伸，并指向电弧区域。特斯拉线圈的电晕放电会产生稳定的辉光放电，因此克服了传统的放电过程中阳极和阴极之间相互激发引起的电弧不稳定。图15.3给出了传统的电弧放电和稳定的辉光放电形成CNT的过程中电极间电流的时间依赖性的差别。美国惠普（HP）公司的Hewlett Packard 7090A测量绘图系统被用来记录电弧放电和稳定辉光放电过程产生的辉光放电光谱。对于稳定辉光放电过程，测量结果显示，电流随时间发生的波动非常小，这表明该放电过程是均匀而连续的；而另一方面，对于传统的电弧放电过程，其电流发生连续变化也意味着电弧放电过程是瞬间而不连续的。
图15.2 绘图表明，长宽比较大的CNT能够克服电动势障碍，因此能够通过阴极套而沉积在阴极上[14]
图15.3 放电电流随时间的变化图[2]
a）稳定辉光放电过程 b）传统电弧放电过程
许多研究团队已经在从实验难度，纳米管的质量、产量和控制参数等角度，来研究和改善CNT的电弧放电技术。Journet等人设计了一种生产SWCNT的电弧方法[15]，该方法生产的碳纳米管的质量同激光蒸发所产生的一样。中国的Zhu等人对电弧放电技术进行了有趣的修改：CNT在装有水的容器中产生，因此不需要真空或者水冷腔。利用这种水介质电弧法[16]已生产出了高质量的MWCNT。
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