碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構(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0.34nm，直徑一般為2~20nm。并且根據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，同時六角型網格結構存在一定程度的彎曲，形成空間拓撲結構，其中可形成一定的sp雜化鍵，即形成的化學鍵同時具有sp和sp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。

　　對多壁碳納米管的光電子能譜研究結果表明，不論單壁碳納米管還是多壁碳納米管，其表面都結合有一定的官能基團，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構。一般來講，單壁碳納米管具有較高的化學惰性，其表面要純凈一些，而多壁碳納米管表面要活潑得多，結合有大量的表面基團，如羧基等。以變角X光電子能譜對碳納米管的表面檢測結果表明，單壁碳納米管表面具有化學惰性，化學結構比較簡單，而且隨著碳納米管管壁層數的增加，缺陷和化學反應性增強，表面化學結構趨向復雜化。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。

　　碳納米管不總是筆直的，而是局部區域出現凸凹現象，這是由于在六邊形編制過程中出現了五邊形和七邊形。如果五邊形正好出現在碳納米管的頂端，即形成碳納米管的封口。當出現七邊形時納米管則凹進。這些拓撲缺陷可改變碳納米管的螺旋結構，在出現缺陷附近的電子能帶結構也會發生改變。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。