碳納米管的一項特性是它們非常非常堅固。拉伸強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。第一個是聯(lián)鎖碳碳共價鍵提供的強度。第二個事實是每個碳納米管都是一個大分子。這意味著它沒有其他材料中存在的弱點，例如形成鋼的晶粒之間的邊界。
納米管很堅固，但也有彈性。這意味著彎曲納米管需要很大的力，但是當你松開它時，它會立即彈回原來的形狀，就像橡皮筋一樣。研究人員使用原子力顯微鏡物理推動納米管并觀察其彈性特性。使用透射電子顯微鏡進行的評估表明，當你彎曲或壓縮納米管時，原子晶格中的鍵不會斷裂。
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。在整個元素周期表中，沒有其他具有晶格結(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度下降。
除了堅固、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，碳納米管的導熱和冷傳導性能也非常好（它們具有很高的導熱率）；一些研究人員預測其導熱系數(shù)是銀的10倍以上，如果您曾經(jīng)從熱爐中拿起過叉子，您就會知道銀和其他金屬是非常好的熱導體。金屬依靠電子運動來導熱，而碳納米管則通過將碳原子固定在一起的共價鍵的振動來導熱。原子本身在周圍擺動并通過材料傳遞熱量。碳鍵的剛性有助于將這種振動傳遞到整個碳納米管，從而提供非常好的導熱性。
鉆石也是一種共價鍵合的碳原子晶格，使用相同的方法導熱，因此它也是一種出色的熱導體，也是一件令人驚嘆的珠寶。碳納米管也有點粘。每個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（沒有正極和負極的分子）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似于金屬的電特性；其余的（大約三分之二）具有像半導體一樣的電特性。當您將不同的電壓連接到金屬碳納米管的兩端時，金屬碳納米管就會導電，就像電線一樣。在一端施加負電壓，在另一端施加正電壓會導致電子流向正電壓。為了讓電子流過半導體碳納米管，還必須添加一些能量。（例如，您可以將光照射在碳納米管上。）碳納米管的導電性能比金屬更好。當電子穿過金屬時，其運動會受到一些阻力。當電子撞擊金屬原子時就會產(chǎn)生這種電阻。當電子穿過碳納米管時，它是在量子力學規(guī)則下傳播的，因此它的行為就像沿著光滑通道傳播的波，沒有原子可以碰撞。電子在納米管內(nèi)的這種量子運動稱為彈道輸運。
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體的。碳納米管中的電子只能處于一定的能級，就像原子中的電子一樣。如果允許離域電子在整個納米管的原子之間流動的能級（稱為導帶）正好高于附著在原子上的電子所使用的能級（價帶），則納米管是金屬的。在金屬納米管中，電子可以輕松移動到導帶。如果導帶的能級足夠高以致其與價帶之間存在能隙，則納米管是半導體的。在這種情況下，電子需要額外的能量（例如光）來跳躍該間隙以移動到導帶。
顯然，能夠控制所生長的納米管類型非常重要。目前大多數(shù)納米管生產(chǎn)工藝都會產(chǎn)生金屬納米管和半導體納米管。
