碳納米管（Carbon Nanotubes，CNTs），又名巴基管，是由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫碳納米管。碳納米管具有優異的力學、電學和熱學性能，在微觀尺度下，單根碳納米管的拉伸強度可達200GPa，是碳素鋼的100倍，而密度只有鋼的1/7~1/6，彈性模量是鋼的5倍；電導率可以達到108S·m-1，具有比銅高兩個數量級的載流能力。
1991年，日本的S.lijima在研究C60的實驗時，不斷改變C60生成條件，在陰極石墨上發現一些針狀物質，這些針狀碳傾向于在電極的某些部位成束成長。1993年，S.lijima在電極中加入鐵作為催化劑，在氬[yà]氣保護下放電打弧，制備出了單壁碳納米管。
碳納米管按碳原子層數可分為單壁和多壁碳納米管，其制備方法主要有電弧放電法、催化裂解法、激光蒸發法、化學氣相沉積法，其中裂化催解法是目前應用最廣泛的方法。
目前，關于碳納米管的特性和制備方法的研究已取得很大的進展，重點正在轉向其規模化生產和應用領域的研究。碳納米管已應用于電子、材料、航空、催化、醫療等領域，如利用碳納米管對波的吸收、折射率高的特點，可作為隱身材料應用于隱身飛機；還可以利用其良好的熱學性能，可添加到火箭固體酒精中提高燃燒效率。
簡史
1890年人們發現含碳氣體在熱的表面上能分解形成絲狀碳。1953年在研究CO和Fe3O4高溫反應時，也曾發現發現過類似碳納米管的絲狀結構。從20世紀50年代開始，石油化工和冷核反應堆的積碳堆積問題，為了抑制其生長，科學家開展了不少有關其生長機理的研究。在20世紀70年代末，新西蘭科學家發現在兩個石墨電極間通電產生電火花時，電極表面生成了小纖維簇，對其進行電子衍射測試發現其壁是由類石墨排列的碳組成，即已經觀察到多壁碳納米管。
1985年C60巴基球被發現后，很多人都努力在尋找一維碳晶體。1991年，日本的)飯島澄男(S·Iijima)在研究C60的實驗時，不斷改變C60生成條件，使兩個石墨電極保持很小間隙并形成穩定的電弧，在13.3kPa的氬中，陽極被蒸發，在陰極石墨上發現一些針狀物質，長度約1mm，這些針狀碳傾向于在電極的某些部位成束生長。S·Iijima在電子顯微鏡下觀察到，碳納米管的橫截面是由2個或多個同軸管組成，相鄰兩層管壁間距離約為0.34nm，這種管狀結構是由組成的管狀物。碳納米管一般兩端封閉，主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34 nm，直徑一般為2~20 nm，長度可達幾微米到幾十微米。這些獨特的石墨管狀物后來被命名碳納米管。
1993年，S·Iijima在電極中加入鐵作為催化劑，在氬保護下放電打弧，制備出單壁碳納米管，這些碳納米管直徑分布在0.7~1.6nm范圍內，最長可達700nm。同時期IBM公司的科研人員使用鐵、鎳[niè]、鈷作為催化劑（其中鈷催化劑效果最好)填充在石墨陽極中，在氬氣保護下打弧，在反應器內壁上獲得“蜘蛛網”狀物質（單壁碳納米管），得到的單壁碳納米管具有較一致的直徑（約1.2 nm)，并且集結成束。
實際上S·Iijima并不是發現碳納米管的第一人，早在1952年，蘇聯科學家Radushkevich和Luckyanovich就在蘇聯物理化學會志上報道了直徑50nm的碳納米管結構，只是沒得到關注。1976年，Oberlin、Endo和Koyama等人在晶體生長雜志上展示了利用氣相生長技術獲得的納米尺度的中空碳纖維，其中包括單層管狀結構，Endo稱其為單壁碳納米管。1979年，Abrahamson在第十四屆碳材料大會上發表了利用電弧放電法制備碳納米管結構。有關碳納米管手性的概念在蘇聯科學家的工作中也已經提及，海普里昂催化公司的Howard G·Tennent還于1987年申請了制備特定直徑碳納米管的美國專利等。2000年，中國科學院物理所解思深研制成功了內徑為0.7nm和0.5nm的單壁碳納米管。直徑為0.7 nm的碳納米管端部封閉結構是兩個C60半球，直徑為0.5nm的碳納米管兩端是C36的半球。
2000年，北京大學薛增泉等用電子顯微鏡觀察到“倒T形”碳納米管結構，它是一根很細的直徑為0.33nm的碳納米管(4,0)，垂直生長在直徑1.5 nm的母體碳納米管(11,11)上。直徑為0.33 nm的碳納米管是在室溫下能穩定存在的直徑最小的單壁碳納米管。
分類
碳納米管可按照碳納米管中碳原子的層數、結構特性、是否含有管壁缺陷、外形均勻性和整體形態和定向性等進行分類。按照石墨烯片層數可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管；按其結構特征可分為三種類型：扶手椅型碳納米管、鋸齒型碳納米管和手性碳納米管；按照是否含有管壁缺陷，將其分為完善碳納米管和含缺陷碳納米管；按照外形均勻性和整體形態，可以將其分為直管型、碳納米管束、Y型、蛇型等；按照定向性，可將其分為定向碳納米管和非定向碳納米管。
按碳原子的層數分類
單壁碳納米管
單壁碳米管典型直徑為0.6~2nm，直徑分布范圍變小，缺陷少，具有高度均勻一致性。單壁碳納米管與多壁碳納米管相比較，價格昂貴，制備困難。
多壁碳納米管
多壁碳納米管最內層直徑小至0.4nm，最大可達數百納米，典型管徑為2~100nm，目前，復合材料經常使用的是多壁碳納米管。多壁碳納米管與單壁碳納米管的比較如下表。
按矢量方向分類
按照矢量方向，碳納米管可以分為扶手椅型、鋸齒型和手性碳納米管。碳納米管的手性指數(n,m)與其螺旋度和電學性能等有直接關系，習慣上n≥m。
扶手型碳納米管：當碳納米管的手性指數(n,m)滿足n=m時，稱為扶手椅型碳納米管，手性角(螺旋角)為30°。
鋸齒型碳納米管：當n＞m=0時，稱為鋸齒型碳納米管，手性角(螺旋角)為0°。
手性碳納米管：當n＞m≠0時，稱為手性碳納米管。
按定向性分類
按定向性可分為定向碳納米管和非定向碳納米管兩類。碳納米管一般在幾十納米以下，而長度可達幾百微米或更長，高的長徑比是的它們在生長過程中會發生彎曲和纏繞。催化劑在下的化學氣相沉積可以是碳納米管定向生長。
相關變體
碳納米管主要兩種變體為單壁碳納米管和多壁碳納米管。
單壁碳納米管
單壁碳納米管可看成由石墨烯平面映射到圓柱體上形成的，在映射過程中石墨烯片層中的六邊形網絡保持不變，因此六邊形網絡和碳納米管軸之間可能出現夾角。根據單壁碳納米管中六邊形網格沿軸向的不同取向，也可以將其分為鋸齒型、扶手椅型和手性型。由于映射過程出現夾角，單壁碳納米管中的網格會產生螺旋現象，而螺旋的單壁碳納米管具有手性。單壁碳納米管的管徑分布范圍小，一般在0.5~0.6mm之間，而長度可達幾微米。單壁碳納米管具有自組裝特性，可形成管束或管束環。由于單壁碳納米管間存在較強的分子間作用力，因此容易聚集形成管束，構成類似于平面六邊形的二維晶體結構。
多壁碳納米管
理想的多壁碳納米管可以看成是由兩層以上的石墨烯片卷成的無縫同心圓柱，層數可從兩層到十幾層(兩層即為雙壁碳納米管)，其外徑一般從幾納米到十幾納米，內徑從0.5納米到幾納米，長度從幾微米到十幾微米，甚至可達到毫米級。多壁碳納米管比較復雜、不易確定，需要用三個以上的參數來表示，除了直徑和螺旋角之外，還需要考慮管壁之間的距離以及不同片層之間六邊形網絡的排列關系。
制備
常用的碳納米管制備方法包括電弧放電法、催化裂解法、激光蒸發法、化學氣相沉積法。
電弧放電法
電弧放電法設備主要由電源、石墨電極、真空系統和冷卻系統等組成。制備時在反應器內通入惰性氣體，以石墨棒作陰陽電極，通入直流電后，陽極汽化形成碳納米管，并以煤煙的形式沉積在陰極表面及腔壁周圍。在電極放電過程中，反應室內的溫度達2700~3000℃，生成的碳納米管高度石墨化。但該方法制備的碳納米管空間取向不定，易燒結，雜質含量較高。
催化裂解法
該方法是目前應用最廣泛的一種制備碳納米管的方法。該方法采用過渡金屬作催化劑，適于碳納米管的大規模制備，產物中的碳納米管含量較高，但碳納米管缺陷較多。該方法制備碳納米管所需設備和工藝都比較簡單，關鍵是催化劑的制備和分散。
激光蒸發法
該方法是制備單壁碳納米管的一種有效方法，用CO2激光蒸發方法，在室溫下可獲得單壁碳納米管，若采用快速成像技術和發射光譜可觀察到氬中蒸發煙流和含碳碎片的形貌，這一診斷技術使跟蹤研究單壁碳納米管的生長過程成為可能。激光蒸發法的主要缺點是單壁碳納米管的純度較低、易纏結。
化學氣相沉積法
該方法主要用于多壁碳納米管的合成，基本原理為含有碳源的氣體(或蒸氣)流經催化劑表面時分解，生成碳納米管。常用的碳源氣體有C6H6/C2H2/C2H4等。化學中管狀結構的產物比例不高，管徑不整齊，存在較多的架構缺陷，常常發生彎曲和變形，石墨化程度也差。但其可以通過調整催化劑與合成條件來達到控制碳納米管的形貌和結構，并產率高，能批量生產，有一定工業應用前景。
結構特性
碳納米管平面六角晶胞邊長為0.246nm，最短的C-C鍵長為0.142nm，接近原子堆垛距離(0.139nm)。圓柱體的兩端以五邊形或七邊形進行閉合。石墨片層卷成圓柱體的過程中，邊界上的懸空鍵隨機結合，從而導致了納米碳管管軸方向的隨機性。因此，在一般的碳納米管中，碳原子六角格子的排列是繞成螺旋形的，納米管具有一定的螺旋度。 螺旋結構的碳納米管對生長更為有效，而扶手椅型和之字型的碳納米管不具有這種有利的生長結構，因此需要重復形成新的六邊形換，螺旋碳納米管比扶手椅型和之字型碳納米管更常見。
化學鍵和大π鍵
碳納米管中碳原子以sp2雜化為主，同時六角型網絡結構存在一定程度的彎曲，形成空間拓撲結構，其中形成一定的sp3雜化鍵，即形成的化學鍵同時具有sp2和sp3混合雜化狀態。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合的化學基礎。這些π電子可用來與含有π電子的其他化合物通過π-π非共價鍵作用相結合，也可以得到改性的碳納米管。
官能基團
單壁碳納米管和多壁碳納米管表面都結合有一定的官能基團，而且不同的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構。單壁碳納米管具有較高的化學惰性，其表面純凈一些，而多壁碳納米管表面要活潑的多，結合有大量的表面基團。
中空與螺旋特征
碳納米管具有典型的層狀中空結構。碳納米管的層片之間的距離為0.34nm，并不完全相同。其管內部與巴基球的籠形結構相同，為中空結構。單層結構顯示出螺旋特征。
六邊形碳環結構與多邊形管狀特性
碳納米管的管身部是準圓管結構，并且大多數由五邊形截面所組成。有研究表明碳納米管管身為多邊形結構，由六邊形碳環結構單元組成。因此，把碳納米管管身的這種特征稱做六邊形碳環結構和多邊形管狀特性。此外，管身部分有時還會發生大幅度變化，這是由于含七邊形碳環的結構單元在生成碳納米管的過程中產生了負曲率，形成了一種生長缺陷。
多邊形端帽特征
由于管身部分具有多變形特征，因此端帽部分也必然呈現相應的多邊形特征。實際的端帽總是由若干相似的子端帽所組成，分別與管身部分的碳層相匹配，其中包含多種封端方式。盡管發現過隨機封口或突然由不規則的層片封口的端帽，但是絕大數碳納米管的端帽具有多邊形特征，即由含五邊形的碳環組成的多邊形結構，或者稱為多邊錐形多壁結構。
巴基蔥結構
巴基蔥是一種軸向發展不發達的碳納米管，結構與碳納米管很相似，可以作為碳納米管的特例(長徑比近似為1:1)來處理。巴基蔥或巴基套球仍呈現多壁空心的多邊形特征，與碳納米管相同。
內層與外層碳原子結構差異
內層碳原子的化學結構比較單一，外層碳原子的化學組成比較復雜，而且外層碳原子上往往沉積有大量的無定形碳。由于具有物理結構和化學結構的不均勻性，碳納米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微環境，因此也具有能量的不均一性。
性質
力學性能
碳納米管具有良好的力學性能，抗拉強度達到50~200GPa，是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6，至少比常規石墨纖維高一個數量級，是制造高比強度的材料；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。其硬度與金剛石相當，但卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。理想結構的單層壁的碳納米管，其抗拉強度約為800Gpa。此外，其結構與高分子材料結構相似，但其結構卻比高分子材料穩定得多。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料，可使復合材料表現出良好的強度、彈性等性能，給復合材料的性能帶來極大的改善。在工業上常用的增強型纖維中，決定強度的一個關鍵因素是長徑比，碳納米管的長徑比一般在1000:1以上，是理想的高強度纖維材料。
導電性能
碳納米管具有良好的導電性能，由于其結構與石墨的片層結構相同，所以具有優異的電學性能。碳納米管的導電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當CNTs的管徑大于6 nm時，導電性能下降；當管徑小于6 nm時，CNTs可以被看成具有良好導電性能的一維量子導線。常用向量表示碳納米管上原子排列的方向，其中，記為。和分別表示兩個基矢。與碳納米管的導電性能密切相關。對于一個給定的的納米管，如果，則這個方向上表現出金屬性，是良好的導體，否則表現為半導體。對于的方向，碳納米管表現出良好的導電性能，電導率通常達銅的1萬倍。
傳熱性能
碳納米管具有良好的傳熱性能，其具有非常大的長徑比，因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，相對的垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。此外，碳納米管有著較高的熱導率，只要在復合材料中摻雜微量的碳納米管，該復合材料的熱導率將得到提高。
光學性能
單壁碳納米管和雙壁碳納米管的光學性質各不相同。單壁碳納米管的發光是從支撐碳納米管的萱草頂附近發射的，并且發光強度隨發射電流的增大而增強；多壁碳納米管的發光位置主要限制在面對著電極的薄膜部分，發光位置是非均勻的，發光強度也是隨著發射電流的增大而增強。碳納米管的發光是由電子在與場發射有關的兩個能級上的躍遷而導致的。
催化性能
碳納米管可以作為納米模板應用在化學合成中，將化學反應限制在碳管這一特殊的一維空間中，合成一維的納米線。碳納米管的表面效應導致它的表面積、表而能和表面結合能都迅速增大，表現出很高的化學活性。碳納米管具有的優良的電子傳導能力、對反應物和產物特異的吸附和脫附性能、特殊的孔腔空間立體選擇性、碳與金屬催化劑之間的相互作用等諸多性質，都使碳納米管在催化化學中的應用中表現出巨大潛力。
疏水性能
多壁碳納米管表面是疏水性的，活性組分前軀體溶液不易接近其表面，影響了活性組分在其表面的負載與分散，常將超聲波物理改性法與其他改性法結合來改變多壁碳納米管的疏水性。常用的共價改性法是在經酸處理后的多壁碳納米管表面引入大量缺陷，增加多壁碳納米管的親水性，可使更多的活性組分沉積于載體表面，有利于提高反應物的轉化率。改性后的多壁碳納米管可用于燃料電池等。
氟化
在一定壓力下，將氟化氫(HF)作為催化劑加入到F2和He的混合氣體中可使碳納米管化。氟化后的碳納米管可以進行進一步的衍生反應。如脫氟反應得到不含氟的碳納米管，也可以與甲醇發生反應得到甲氧碳納米管。
應用領域
電子
隨著成像技術的迅猛發展，顯示器向高清、超薄超輕等方向發展。場發射平板顯示器在亮度、響應速度等方面都有優良性能，在平板顯示領域具有廣闊的市場和應用場景。碳納米管陰極為這一顯示技術提供了新的發展，單根碳納米管具有開啟電場低、發射電流密度高的優良場發射性能。此外，在儲能材料上，多壁碳納米管電容量一般為102F/g；單壁碳納米管電容量為180F/g，功率密度可達20kW/kg，能力密度可達7W·h/kg，比多壁碳納米管更高。此外，碳納米管具有納米級的一維管狀結構，碳原子以SP2雜化方式鍵合，使得碳納米管具有很高的楊氏模量，容易加工形成柔性薄膜，成為一種柔性儲能材料。
材料
碳納米管與有機化合物結合，可以實現優勢互補，得到綜合性能優異且具有某種特殊性能的聚合物基納米復合材料。與金屬復合，可以有效地增強金屬基復合材料的力學性能和熱性能，同時金屬離子也可反作用于碳納米管，二者相輔而成，通過化學結合、物理結合等方式使得復合材料更優異的性能。與陶瓷復合，主要通過斷裂橋聯和拔出作用對陶瓷基體進行增韌。其中碳納米管在陶瓷材料基體上的均勻分散、碳納米管在組織中的存活、碳納米管與陶瓷基體的界面結合狀態，是影響碳納米管增強陶瓷基復合材料性能提高的關鍵。
催化劑
一維有序的管腔結構所形成的限域環境內部的反應活性和選擇性都比較高。它可作為催化劑載體和催化劑添加劑，還可直接用作催化劑。與其他傳統材料相比，碳納米管負載和促使的催化劑之反應活性或選擇性均有提高。原因是納米金屬顆粒進入碳納米管的孔道后可構成納米反應器。碳納米管的納米級管腔不僅為納米催化劑和催化反應提供了特定的限域環境，而且其獨特的電子結構也有利于管腔內外催化劑電子的轉移，是的碳納米管負載的催化劑具備了獨特的催化能力。
醫學
碳納米管管道合成是有機合成、生物化學和制藥化學的重點研究領域。它可在養料、藥品供給系統與細胞之間形成圓筒形的渠道，輸送肽、蛋白質、質粒脫氧核糖核酸或核昔酸等物質。它還能促進骨組織的修復生長，促進神經再生，減少神經組織產生。此外，碳納米管可用于極微細毛細血管的醫治或代替破損的毛細血管，可修復受損的毛細血管。碳納米管具有優良的伸縮性，在較低電壓下可產生較大的機械拉伸，而且隨外加電壓的變化，其長度會發生規律性的伸展收縮，利用該特性可制成人造肌肉纖維，可用于人類肌纖維的移植和修復。
食品
碳納米管在食品安全檢測中主要涉及農藥殘留、獸藥殘留以及重金屬的檢測。它主要作為食品安全檢測的前處理吸附劑使用的，因為農藥殘留、獸藥殘留及重金屬含量都很低，座椅選擇適當的前處理吸附劑非常關鍵。
航空航天
航空航天向輕量化工發展，陶瓷材料或陶瓷復合材料因具有良好的力學性能、極低的密度，以及耐燒蝕被用于制備航空航天零件，但因其自身脆性較大，難以制成大尺寸或復雜結構零件，需要與金屬機體進行連接滿足實際需求。但存在料在陶瓷表面潤濕性差難以獲得有效界面結合，而碳納米管有改善潤濕的作用，在陶瓷表面原位合成碳納米管可大幅降低釬料在陶瓷表面的潤濕性。
船舶
船舶上的海水淡化器用來解決遠洋航運的飲水問題，主要以逆滲透海水淡化裝置和技術為主。反滲透膜是反滲透海水淡化技術的關鍵技術，而用碳納米管制成的反滲透膜減少了海水腐蝕的影響問題，并且有效、持續地滿足了船舶上淡水的需求。
其他
從結構上看，碳納米管具有作為電容器電極材料的性能，結晶度高、導電性好、比表面積大、微孔在一定范圍內，可用于制備雙層超級電容器。碳納米管層間距略大于石墨的層間距，充放的電容大于石墨，而且其簡狀結構在多次充放電循環后不會塌縮，循環性好，可用作鋰離子充電電池電極材料。碳納米管獨特的大比表面積和納米孔隙結構，使其具有顯著的吸附性能，可用作儲氫材料。
碳納米管獨特的管狀結構可分為一維金屬納米材料的制備提供物理處理和化學反應限制的平臺，是一種很好的模板。利用碳納米管的吸附性和尺寸效應，可進行高難度的微區，放射性清潔及同位素分離，使其可成為良好的微污染吸附劑，有利于環境保護。大面積定向碳納米管薄膜的成功制備，使得它用于平板顯示器件成為可能，將在電視機、攝像機、可視電話、便攜式計算機和航空電子設備等儀表顯示屏領域獲得廣泛的應用。
發展趨勢
合成方法研究進展
許多物理、化學和電化學方法已被用于碳納米管合成，各種類型的材料已被用于碳納米管的開發，包括乙炔、苯、一氧化碳、乙烯和二甲苯。碳納米管的合成有多種物理和化學方法，如電解、電弧放電、化學氣相沉積、聲化學法和激光燒蝕法等。
農業廢棄物和生物碳作為碳納米管來源
青苔會帶走大量的水分，從而吸引昆蟲和微生物，造成環境污染。這些苔蘚植物富含碳，可以作為一種經濟且環保的材料，通過化學、生物和物理方法形成碳納米管。以甘蔗或纖維素為原料，與二茂鐵和離子液體結合合成碳納米管，碳納米管的直徑為63nm和38nm。用農業廢棄物和生物碳作為碳納米管的原料，不僅可以減少固體廢物，支撐的碳納米管也是經濟且環保的。
工業廢物作為碳納米管的來源
利用化學回收廢舊復合碳源合成碳納米管，壁數在18至52之間，直徑在18~45nm之間。合成的碳納米管用作電纜，比銅制成的電纜更輕。利用聚乙烯廢料合成的碳納米管直徑為20~30nm，長度為幾十微米，應用于太陽能電池和光學器件等領域。還有理由工業廢物，如粉煤灰、赤泥和巖樣合成了碳納米管，用于去除水介質中的甲基。
塑料廢棄物中合成碳納米管
不可降解的塑料是空氣、水和土壤污染的主要來源，嚴重影響自然環境。利用塑料廢棄物催化熱解法合成碳納米管，采用Ni-Fe催化劑，在800℃的反應溫度下，將塑料廢棄物轉化為氫氣和高質量的碳納米管。
相關紀錄
最長的碳納米管
碳納米管是力學性能優異的材料之一，其單位質量上的拉伸強度是鋼鐵的276倍，遠超其他材料。清華大學魏飛教授團隊成功制備出單根長度達半米以上的碳納米管，創造了新世界紀錄，這也是目前所有一維納米材料長度的最高值，該成果于6月27日發表在國際著名期刊《美國化學會納米》上。
最窄的碳納米管
管的直徑一般為幾個納米到幾十納米，而管壁的厚度僅為幾個納米。在很長的碳納米管的出現后，科學家們又制備出來最窄的碳納米管。通過改進電弧技術，制備出直徑為僅0.5nm的納米碳管。
密度最高的碳納米管
碳納米管的最高密度于2013年實現，在低于450℃的溫度下，在涂有助催化劑鈷和的導電鈦涂層銅表面上生長。這些管的平均高度為380 nm，質量密度為1.6g/cm3。該材料表現出歐姆導電性(最低電阻~22 kΩ)。
相關標準
中國標準
國際標準
安全事宜
健康影響
碳納米管是由石墨層卷成的圓筒，但其生物毒性遠大于石墨粉。如以碳納米管材料的造影劑，在生物體內的代謝留可引起眼睛不適、皮膚過敏、肺癌和肺塵病等。美國航空航天局太空中心將含0.1mg碳納米管懸浮液，通過支氣管注入大鼠和小鼠的肺部后，顆粒都會以一定形式進入肺泡，甚至長達90天的時間里仍停留在肺部。甚至低溶度的單壁碳納米管都會引起肺部肉芽腫的形成，但沒有伴隨在通常情況下石棉和無機化合物粉塵所引起的肉芽腫所特有的炎性癥狀。
環境影響
美國密蘇里大學和美國地質勘探局共同研究顯示，碳納米管對某些水生生物是有毒的。碳納米管并不純是碳、其生產過程的鎳、鉻和其他金屬會殘留下來成為雜質。而這些殘留的金屬和碳納米管能減緩某些種類水生生物的生長率甚至導致他們死亡。他們用于實驗的4種生物為青口貝、小蒼蠅幼蟲、蠕蟲和甲殼動物。
參考資料 >
ISO/TS 10798:2011.國際標準化組織（ ISO ）.2023-12-10
美研究顯示碳納米管對某些水生生物有毒.中國新聞網.2023-11-21