碳纳米管是由卷起的石墨烯片形成的分子管。它们具有令人难以置信的物理和电子特性，这使它们成为近年来学术界和工业界大量研究的主题。人们已经预测了许多应用，但由于高质量纳米管的制造成本较高，很少有应用达到商业阶段。

碳纳米管的合成方法

      电弧蒸发合成，也称为电弧放电，长期以来被认为是合成富勒烯的最佳方法，并且它还能生成高质量的碳纳米管。电弧蒸发装置由两个位于氦气下的石墨电极组成。大约50A的电流在电极之间通过，导致阳极的一些石墨蒸发并凝结在阴极上，这种沉积物含有碳纳米管。

      使用纯石墨电极的电弧蒸发主要产生多壁纳米管，尽管可以通过在阳极中掺杂金属催化剂（例如钴或镍）来制造单壁纳米管。虽然通过电弧放电生产的纳米管质量非常高，但它们与大量无定形碳混合，这使得该技术难以大规模生产。

      激光汽化（或激光烧蚀）方法于1995年开发出来。在惰性环境中，在高温高压下，将脉冲激光发射到石墨靶上。目标通常放置在50厘米石英管的一端，纳米管收集在另一端。激光汽化产生的纳米管的形状和结构更容易控制，因为它们只受到少数参数的影响。碳纳米管的产率也高得多，产生的无定形碳很少，但产生的总量很小。再加上高操作温度和压力，使得该方法生产大量碳纳米管的效率极低。

      化学气相沉积 (CVD)是有希望大规模生产碳纳米管的方法。它在低得多的温度下运行，并且比电弧放电或激光汽化产生更多数量的纳米管。

      CVD使用富含碳的气体原料，例如乙炔或乙烯。气体通过沉积在多孔基材（例如二氧化硅、氧化铝）上的金属纳米颗粒催化剂（通常为铁、镍或钼）。当气体分子经过催化剂时，碳原子从气体分子中解离，在表面重新排列形成纳米管和富勒烯。这使得纳米管能够连续合成，使该技术成为扩大生产规模的理想选择。

      CVD所用催化剂的选择至关重要。改变催化剂可以完全改变所生产的纳米管的质量和产量。碳纳米管的直径还直接取决于所使用的催化剂颗粒尺寸，因为颗粒使纳米管的生长成核。所用基材的特性也很重要。基材材料应该能够在高温下保持高表面积和孔体积——碳纳米管在多孔表面上生长得明显更快，因为碳原子可以穿过基材连接生长结构。

碳纳米管的纯化

      碳纳米管通常与一系列富勒烯和无定形碳结合生产 - 将所需的纳米管与其他物质分离可能存在问题。大多数合成方法还产生一系列纳米管尺寸和结构。虽然可以优化合成方法以降低所需的纯化程度，但对于要求苛刻的应用，纳米管始终需要有效地清洁和分类。

结构特异性碳纳米管合成

      目前大多数碳纳米管合成的本体合成方法的一个主要问题是缺乏对其结构的控制。纳米管的许多高价值应用都需要特定的类型，无论是单壁、手性、卷曲、喇叭形等。如果纳米管可以制成宏观结构或排列，这也是非常有用的，因为这通常是它们的制作方式需要使用，因此可以避免复杂的物理操作步骤。

纳米线圈

      卷曲纳米管因其独特的机械和电磁特性而备受关注，是使用精心选择的催化剂合成的。最成功的催化剂通常由铁或镍与氧化铟锡 (ITO) 或氧化铝或噻吩杂质混合而成。对铁/ITO催化剂进行了一些详细的研究，并确定ITO诱导了所需的螺旋生长，并且铟/锡比例在一定程度上控制了纳米管和纳米线圈的产率。

纳米角

      圆锥形或喇叭形单壁纳米管，称为纳米角，是另一种引起人们极大兴趣的替代纳米管结构。已经提出了许多利用其高孔隙率、优异的电流处理和良好的催化活性的应用。

      虽然以良好的产率合成它们是一个巨大的挑战，但“花状”纳米角聚集体已经通过各种方法合成，这些方法可以快速淬灭电弧蒸发中的碳蒸气。大规模生产纳米角最有前途的方法是在薄石墨管中使用电弧炬，将其浸入水中并在惰性气体流下进行。人们发现单壁纳米角漂浮在水面上。

有序纳米管

      使用改良的CVD技术，纳米管可以生长在有序的“森林”结构中。通过将金属催化剂以规则的图案沉积到基底表面上，纳米管可以成核的位点受到限制，并且管子完全平行、垂直于表面生长。