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碳納米管（英語：Carbon Nanotube，縮寫為CNT）是在1991年1月由日本筑波NEC實驗室的物理學家飯島澄男使用高分辨透射電子顯微鏡從電弧法生產碳纖維的產物中發現的。它是一種管狀的碳分子，管上每個碳原子采取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結構作為碳納米管的骨架。每個碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛π電子云。按照管子的層數不同，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。管子的半徑方向非常細，只有納米尺度，幾萬根碳納米管并起來也只有一根頭發絲寬，碳納米管的名稱也因此而來。而在軸向則可長達數十到數百微米。
碳納米管不總是筆直的，局部可能出現凹凸的現象，這是由于在六邊形結構中混雜了五邊形和七邊形。出現五邊形的地方，由于張力的關系導致碳納米管向外凸出。如果五邊形恰好出現在碳納米管的頂端，就形成碳納米管的封口。出現七邊形的地方碳納米管則向內凹進。
碳納米管的分子結構決定了它具有一些獨特的性質。由于巨大的長徑比（徑向尺寸在納米量級，軸向尺寸在微米量級），碳納米管表現為典型的一維量子材料，它的電子波函數在管的圓周方向具有周期性，在軸向則具有平移不變性，大大純化了理論工作，并做出了一些預言。理論預言，碳納米管具有超常的強度、熱導率、磁阻，且性質會隨結構的變化而變化，可由絕緣體轉變為半導體、由半導體變為金屬；具有金屬導電性的碳納米管通過的磁通量是量子化的，表現出阿哈諾夫－波姆效應（A-B效應）。
目前應用比較多的是多壁碳納米管，其實它在鋰電方面的應用比塑料上多得多。添加在電極材料中提升電極導電性能。
碳納米管能夠應用于PE、PP、PS、ABS、PVC、PA等多種塑料以及橡膠、樹脂、復合材料中，能夠均勻分散于基體中，賦予基體優良的導電性能。廣泛應用于以下行業：
薄膜、各種塑料制品；
抗靜電包裝；
電子器件的包裝、傳輸、處理材料；
導電膠輥，傳輸帶，密封件；
汽車工業；
動力電纜及配件；
導電涂料；
膠片盤；
電磁屏蔽，軍工領域；
碳納米管添加量僅為導電炭黑的三~五分之一，即可達到與其相同的導電性，不會因為導電填料過多添加造成塑料力學性能的損失。