碳納米管的一項(xiàng)特性是它們非常非常堅(jiān)固。拉伸強(qiáng)度是衡量物體在不撕裂的情況下可以承受的力的大小。碳納米管的抗拉強(qiáng)度比同直徑的鋼大約高100倍。
有兩件事可以解釋這種力量。第一個(gè)是聯(lián)鎖碳碳共價(jià)鍵提供的強(qiáng)度。第二個(gè)事實(shí)是每個(gè)碳納米管都是一個(gè)大分子。這意味著它沒(méi)有其他材料中存在的弱點(diǎn)，例如形成鋼的晶粒之間的邊界。
納米管很堅(jiān)固，但也有彈性。這意味著彎曲納米管需要很大的力，但是當(dāng)你松開(kāi)它時(shí)，它會(huì)立即彈回原來(lái)的形狀，就像橡皮筋一樣。研究人員使用原子力顯微鏡物理推動(dòng)納米管并觀察其彈性特性。使用透射電子顯微鏡進(jìn)行的評(píng)估表明，當(dāng)你彎曲或壓縮納米管時(shí)，原子晶格中的鍵不會(huì)斷裂。
碳納米管的楊氏模量（衡量彎曲材料所需力的量度）大約是鋼的5倍。在整個(gè)元素周期表中，沒(méi)有其他具有晶格結(jié)構(gòu)的元素能夠像碳原子那樣與自身結(jié)合強(qiáng)度如此之大。而且，由于碳納米管具有如此完美的結(jié)構(gòu)，因此它們可以避免其他材料的強(qiáng)度下降。
除了堅(jiān)固、有彈性之外，碳納米管還很輕，密度約為鋼的四分之一。
似乎這還不夠，碳納米管的導(dǎo)熱和冷傳導(dǎo)性能也非常好（它們具有很高的導(dǎo)熱率）；一些研究人員預(yù)測(cè)其導(dǎo)熱系數(shù)是銀的10倍以上，如果您曾經(jīng)從熱爐中拿起過(guò)叉子，您就會(huì)知道銀和其他金屬是非常好的熱導(dǎo)體。金屬依靠電子運(yùn)動(dòng)來(lái)導(dǎo)熱，而碳納米管則通過(guò)將碳原子固定在一起的共價(jià)鍵的振動(dòng)來(lái)導(dǎo)熱。原子本身在周?chē)鷶[動(dòng)并通過(guò)材料傳遞熱量。碳鍵的剛性有助于將這種振動(dòng)傳遞到整個(gè)碳納米管，從而提供非常好的導(dǎo)熱性。
鉆石也是一種共價(jià)鍵合的碳原子晶格，使用相同的方法導(dǎo)熱，因此它也是一種出色的熱導(dǎo)體，也是一件令人驚嘆的珠寶。碳納米管也有點(diǎn)粘。每個(gè)納米管表面上的電子云在納米管之間提供溫和的吸引力。這種吸引力稱為范德華力。這涉及非極性分子（沒(méi)有正極和負(fù)極的分子）之間的力。碳納米管恰好是一種非極性分子。自然界中發(fā)現(xiàn)的堅(jiān)硬的材料。
但并非所有碳納米管都完全相同。扶手椅型納米管都具有類(lèi)似于金屬的電特性，但只有大約三分之一的鋸齒形和手性納米管具有類(lèi)似于金屬的電特性；其余的（大約三分之二）具有像半導(dǎo)體一樣的電特性。當(dāng)您將不同的電壓連接到金屬碳納米管的兩端時(shí)，金屬碳納米管就會(huì)導(dǎo)電，就像電線一樣。在一端施加負(fù)電壓，在另一端施加正電壓會(huì)導(dǎo)致電子流向正電壓。為了讓電子流過(guò)半導(dǎo)體碳納米管，還必須添加一些能量。（例如，您可以將光照射在碳納米管上。）碳納米管的導(dǎo)電性能比金屬更好。當(dāng)電子穿過(guò)金屬時(shí)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)受到一些阻力。當(dāng)電子撞擊金屬原子時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種電阻。當(dāng)電子穿過(guò)碳納米管時(shí)，它是在量子力學(xué)規(guī)則下傳播的，因此它的行為就像沿著光滑通道傳播的波，沒(méi)有原子可以碰撞。電子在納米管內(nèi)的這種量子運(yùn)動(dòng)稱為彈道輸運(yùn)。
納米管中的碳原子，就像巴基球中的碳原子一樣，能夠與其他原子或分子共價(jià)鍵合，形成具有定制特性的新分子。將原子或分子與納米管結(jié)合以改變其特性稱為功能化。
碳納米管的直徑及其晶格的扭曲程度決定了它是金屬的還是半導(dǎo)體的。碳納米管中的電子只能處于一定的能級(jí)，就像原子中的電子一樣。如果允許離域電子在整個(gè)納米管的原子之間流動(dòng)的能級(jí)（稱為導(dǎo)帶）正好高于附著在原子上的電子所使用的能級(jí)（價(jià)帶），則納米管是金屬的。在金屬納米管中，電子可以輕松移動(dòng)到導(dǎo)帶。如果導(dǎo)帶的能級(jí)足夠高以致其與價(jià)帶之間存在能隙，則納米管是半導(dǎo)體的。在這種情況下，電子需要額外的能量（例如光）來(lái)跳躍該間隙以移動(dòng)到導(dǎo)帶。
顯然，能夠控制所生長(zhǎng)的納米管類(lèi)型非常重要。目前大多數(shù)納米管生產(chǎn)工藝都會(huì)產(chǎn)生金屬納米管和半導(dǎo)體納米管。
