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纳米碳管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Single walled carbon nanotube, SWNT)，多于一层的则称为多壁纳米碳管( Multi-walled carbon nanotube, MWNT)。SWNT的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36分子的直径相当, 但SWNT的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。MWNT的层间距约为0.34纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。
纳米碳管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率所以其中也有一小部分碳属sp3杂化。在不考虑手性的情况下，SWNT可以由两个参量完全确定（直径和螺旋角或两个表示石墨烯的指数（n,m）或者螺旋向量Cn和垂直向量T〕，MWNT则需要三个以上的参数表示。
纳米碳管的高分辨电子显微镜照片，从左到右为SWNT，MWNT
（包含2层、3层、4层石墨片层）From Ref. 3, 6
各种结构的碳：金刚石，C60，石墨，（10，10）型纳米碳管
（From Nanotube image gallery at Rice University）
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