从石墨、金刚石到富勒碳，再到碳纳米管，晶体碳的结构曰趋 完美（从零维到三维）。在碳纳米管发现之前，在晶形碳的同素异 形体中，石墨是二维的（面），金刚石是三维的（体），C60是零维 的（点）。

(1)     结构采用高分辨率电镜技术对碳纳米管的结构观察证 明，多层纳米管一般由几个到几十个单臂碳纳米管同轴构成，管间 距为0. 34nm左右，这相当于石墨的<0002}面间距，碳纳米管的 直径为0点几纳米至几十纳米，每个单壁管侧面由碳原子六边形组 成，一般为几十纳米至微米级，两端由碳原子的五边形封顶。单壁碳纳米管可能存在三种类型的结构，分为单臂纳米管、锯齿形纳米 管和手性形纳米管，这些类型的碳纳米管的形成取决于碳原子的六 角点阵二维石墨片是如何“卷起来”形成圆桶形的。

(2)     碳纳米管的合成碳纳米管的制备方法很多，除了用碳棒 做电极进行直流电弧放电法外，碳氢化合物的热解法也同样可获得 大量碳纳米管。通过乙炔在Co或Fe等催化剂粒子上热解长出几十纳米长的碳纳米管，有的为线圈形。在充氧及稀释剂的低压腔中 燃烧乙炔、苯或乙烯等也获得了碳纳米管，多壁碳纳米管的生长不 需要催化剂，单壁碳纳米管仅仅在催化剂的作用下才能生长，但有

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催化剂的情况下也可能生长多壁碳纳米管。有人在电弧放电阳极碳 棒尖端置人Fe或Co催化剂，获得了单壁碳纳米管。

(3)特性和应用碳纳米管具有独特的电学性质，这是由于电 子的量子限域所致，电子只能在单层石墨片中沿纳米管的轴向运 动，径向运动受限制，因此，它们的波矢是轴向的。对于一个单壁 (5, 5)纳米管和一个锯齿形（9，0)纳米管，只需要无限小的能 量就能将一个电子激发到一个空的激发态，具有金属性。对于一个 锯齿（10，0)纳米管，占据态和空态之间有一个有限的带隙，因 此，这个纳米管是一个半导体。计算结果表明，有1/3的小直径碳 纳米管是导电的。

碳纳米管具有与金刚石相同的热导和独特的力学性质。碳纳米 管的拉伸强度比钢的高100倍，延伸率达百分之几，并具有好的可 弯曲形；单壁纳米碳管可承受扭转形变并可弯成小圆环，应力卸除 后可完全恢复到原来状态；压力不导致碳纳米管的断裂。这些十分 优良的力学性能使它们有潜在的应用前景，例如，它们可用作复合 材料的增强剂。

碳纳米管也是很好的贮氧材料，碳纳米管形成的有序纳米空洞 厚膜有可能用于锂离子电池，在此厚膜孔内填充电催化的金属或合 金可用来电催化02分解和甲醇的氧化。