碳纳米管是独特的结构，具有卓越的电子和机械性能。碳纳米管是碳原子的六边形网络，通常被卷成圆柱体。这些结构的尺寸通常为一纳米宽和数十微米长。碳纳米管的定义是：纯碳大分子，是又长又细的管子。它们的强度是钢的100倍，重量仅为钢的1/6。它们可用作电导体和热导体、储氢以及许多其他应用。

      碳纳米管因其导电性、导热性和高强度而在纳米技术、电子、光学和材料科学的许多应用中具有潜在的用途。在电子显微镜下，纳米管材料看起来像碳绳垫，如图所示。这些碳绳的宽度为10至20纳米，长度可达100微米。每根绳子由一束沿单一方向排列的单壁纳米管组成。

      碳纳米管有多种类型，但常用的可分为石墨纳米纤维、单壁纳米管（SWNT）或多壁纳米管（MWNT）。石墨纳米纤维是通过在合适的催化剂上分解碳氢化合物或一氧化碳而制成的，其结构可以是片状、带状或人字状排列。石墨纳米纤维的长度范围为50nm至100nm，直径范围为5至100nm。

      单壁纳米管（SWNT）很重要，因为它们表现出卓越的电性能，是小型化电子产品的良好候选者。SWNT可以在微机电 (MEM) 规模上取代电线。广泛使用的主要障碍是它们的生产成本昂贵。

      多壁纳米管（MWNT）由多层碳纳米管组成，形成圆柱形。这些结构看起来像一卷圆柱体或像卷成圆柱体的报纸页。单壁和多壁碳纳米管都具有高度有序、光滑的石墨表面。这些通常使用两个碳电极之间的电弧、激光烧蚀或化学气相沉积来制备。下图显示了单壁和多壁碳纳米管的示意图。

      碳纳米管在能源应用中具有多种用途。碳纳米管可以储存氢、使电子流动或提高催化剂活性。在燃料电池研究中，碳纳米管被添加到阳极的铂/碳催化剂混合物中，以提高燃料电池中催化剂反应的效率。氮掺杂碳纳米管也已用于减少燃料电池阴极处的氧气。通过垂直排列，碳纳米管可以比铂更有效地减少碱性溶液中的氧气。

      碳纳米管是迄今为止发现的最强、最硬的材料之一。这种高强度使其可用于提高其他非固体结构和材料的强度。发表在《自然》杂志上的一项研究确定，高强度钢中可能存在碳纳米结构，这可能是古代剑具有传奇般强度的因素之一。

      由于碳纳米管具有高强度和优异的机械性能，因此可以将纳米管掺入材料中以提高材料的高强度和无与伦比的韧性。一种可以将所有类型的新工程设计和技术投入开发的可能性是将碳纳米管分子放入聚合物基体中形成超高强度复合材料。这将为燃料电池、超级防弹背心和服装以及许多其他类型的新技术提供超高压氢存储。

      碳纳米管具有作为燃料电池催化剂、储氢以及无数其他应用的有用应用。阻碍碳纳米管在新应用中广泛使用的主要障碍是合成过程的经济性。因此，未来的研究应集中在创建一种具有成本效益的工艺来大规模生产碳纳米管。由于其经过验证的稳定性以及电气和机械性能，碳纳米管将在许多应用中广泛采用，这反过来又会在材料和能源应用方面带来巨大的改进。