碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。

　　碳納米管中碳原子以sp雜化為主，同時六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在一定程度的彎曲，形成空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中可形成一定的sp雜化鍵，即形成的化學(xué)鍵同時具有sp和sp混合雜化狀態(tài)，而這些p軌道彼此交疊在碳納米管石墨烯片層外形成高度離域化的大π鍵，碳納米管外表面的大π鍵是碳納米管與一些具有共軛性能的大分子以非共價鍵復(fù)合的化學(xué)基礎(chǔ)。

　　對多壁碳納米管的光電子能譜研究結(jié)果表明，不論單壁碳納米管還是多壁碳納米管，其表面都結(jié)合有一定的官能基團(tuán)，而且不同制備方法獲得的碳納米管由于制備方法各異，后處理過程不同而具有不同的表面結(jié)構(gòu)。一般來講，單壁碳納米管具有較高的化學(xué)惰性，其表面要純凈一些，而多壁碳納米管表面要活潑得多，結(jié)合有大量的表面基團(tuán)，如羧基等。以變角X光電子能譜對碳納米管的表面檢測結(jié)果表明，單壁碳納米管表面具有化學(xué)惰性，化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡單，而且隨著碳納米管管壁層數(shù)的增加，缺陷和化學(xué)反應(yīng)性增強(qiáng)，表面化學(xué)結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化。內(nèi)層碳原子的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較單一，外層碳原子的化學(xué)組成比較復(fù)雜，而且外層碳原子上往往沉積有大量的無定形碳。由于具有物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不均勻性，碳納米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微環(huán)境，因此也具有能量的不均一性。

　　碳納米管不總是筆直的，而是局部區(qū)域出現(xiàn)凸凹現(xiàn)象，這是由于在六邊形編制過程中出現(xiàn)了五邊形和七邊形。如果五邊形正好出現(xiàn)在碳納米管的頂端，即形成碳納米管的封口。當(dāng)出現(xiàn)七邊形時納米管則凹進(jìn)。這些拓?fù)淙毕菘筛淖兲技{米管的螺旋結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)缺陷附近的電子能帶結(jié)構(gòu)也會發(fā)生改變。另外，兩根毗鄰的碳納米管也不是直接粘在一起的，而是保持一定的距離。