碳納米管是由單一元素碳組成的純凈物質(zhì)，被歸類為碳的同素異形體之一。這些結(jié)構(gòu)通常由數(shù)層到數(shù)十層的碳原子構(gòu)成的同軸圓管組成，層與層之間保持固定的距離，大約為0.34納米。直徑一般在2到20納米之間，且根據(jù)碳原子六邊形層的取向，碳納米管可以分為鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種類型，其中螺旋型碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型則不具備。作為一維納米材料，碳納米管以其輕盈的重量、完美的六邊形結(jié)構(gòu)以及其獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能而著稱。隨著對碳納米管及其相關(guān)納米材料研究的不斷深入，其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域也日益拓寬。1985年，C60分子的發(fā)現(xiàn)贏得了全球的矚目，其發(fā)現(xiàn)者Kroto H. W.、Smalley R. E.和Curl R. F.因此獲得了1996年的諾貝爾化學(xué)獎。在C60研究的基礎(chǔ)上，1991年，碳納米管這一更加獨(dú)特的碳結(jié)構(gòu)被日本電子公司（NEC）的飯島博士發(fā)現(xiàn)。盡管碳納米管在1991年正式被命名和認(rèn)識之前就已經(jīng)在一些研究中被發(fā)現(xiàn)和制造，但當(dāng)時人們還沒有認(rèn)識到它是一種全新的且重要的碳形態(tài)。早在1890年，人們就發(fā)現(xiàn)在熱的表面上，含碳?xì)怏w會分解形成絲狀碳。1953年，在CO和Fe3O4在高溫反應(yīng)時，也觀察到了類似碳納米管的絲狀結(jié)構(gòu)。自20世紀(jì)50年代起，石油化工廠和核反應(yīng)堆的積炭問題逐漸受到關(guān)注，為了控制其生長，進(jìn)行了大量關(guān)于其生長機(jī)理的研究。通過有機(jī)物催化熱解方法得到的碳絲中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有類似碳納米管的結(jié)構(gòu)。到了20世紀(jì)70年代末，新西蘭科學(xué)家在兩個石墨電極間通電產(chǎn)生電火花時，發(fā)現(xiàn)電極表面生成小纖維簇，經(jīng)電子衍射測定發(fā)現(xiàn)其壁由類石墨排列的碳組成，這實際上已經(jīng)觀察到了多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)。