飞刃是著名科幻小说《三体》中的高科技武器，据描述，他是一种高强度肉眼不可见的纳米材料，直径只有头发丝的百分之一，但韧性之强可吊起一辆大卡车，布置到路面上可以轻松切断路过的人或者汽车，虽然这样的场景只有小说或者电影中才有，但现实中科学家也研制出了类似的材料——碳纳米管。什么是碳纳米管？简单来说，将足球挖空，保持表面的五角和六角网格结构，再沿着一个方向扩展六角网格，并赋予平面网格以碳-碳原子和共价键，就形成了具有中空圆柱状结构的碳纳米管。碳纳米管是迄今发现的力学性能最好的材料之一，其单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他材料。
石墨烯与碳纳米管
碳纳米管是日本NEC公司的Iijima教授于1991首次正式命名的，是由石墨层卷曲而成的无缝纳米管状晶体。根据石墨层的多少可分为单壁管、双壁管和多壁管，根据石墨“卷曲”角度不同，碳纳米管可形成椅型、Z型或手性等结构。其中，单层碳原子和多层碳原子网格卷曲而成的单壁与多壁碳纳米管，它们的直径通常分布在0.8～2nm和5～20nm之间，目前报道的最细碳纳米管可小至0.4nm，而长度范围却可在几纳米到几厘米之间，最长至半米级别。因为这样大的长度与直径差异，可以将碳纳米管联想为头发丝，但实际上碳纳米管的直经只有头发丝的几万分之一。
碳纳米管拥有特殊的一维结构，同时可以随着碳原子排列的细微差异，表现出截然不同的性能。例如就导电性而言，碳纳米管可以是金属性的，也可以是半导体性的，甚至在同一根碳米管的不同部位，由于结构不同，也会表现出不同的导电性，而且碳纳米管的导电性与其直径和手性有密切关系，有研究表明碳纳米管的电流运载能力是铜导线的1000倍。又如碳纳米管的力学性能，它的比重虽为钢的1/6，而强度却是钢的100倍，它还有很好的柔性、回弹性和抗畸变的能力。此外，碳纳米管还有如化学稳定性好、热稳定生高、良好的轴向导热性、低温超导性、电磁波吸收特性和较好的吸附性等诸多性能，可广泛用于能源、材料、 生命科学等高科技行业中。
碳纳米管在实际应用方面也卓有成绩。碳纳米管聚合物复合材料是第一个已得到工业应用的碳纳米管复合材料。由于添加了电导性能优异的碳纳米管，使得绝缘的聚合物获得优良的导电性能。实验表明，2%碳纳米管的添加量可达到添加15%碳粉及添加8%不锈钢丝的导电效果。在电化学器件领域，碳纳米管的比表面积在250～3000m2/g，加之优异的导电性能和良好的机械性能，是用做制造电化学双层电容器超级电容器电极的理想材料。碳纳米管电容器电容量从微法拉级上升到法拉级，可达到每克15～200法拉。在氢气存储应用领域，室温常压下，约三分之二的氢能可从碳纳米管中释放出来，而且可被反复使用。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于储氢，可取代现用高压氢气罐，提高电动汽车安全性。另外，作为一种新型的“超级纤维”材料，碳纳米管还可用作扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的探针。
当今国际上对碳纳米管的研究方兴未艾，在物理、化学、热学和电子学等基础领域的研究都取得了重大进展。根据权威机构IDTechEx的研究报告，碳纳米管自问世的近三十年里，从最初被大肆宣传炒作、到逐渐成为学术研究热点、热度攀登顶峰后又迅速地几乎在低谷幻灭。然而近期，数据表明碳纳米管又悄悄地卷土重来了，事实上行业已经进入了规模量产的新阶段。世界各国对碳纳米管的批量生产都给予了高度重视，我国近几年来也在加速研发之中，相信在不久的将来，碳纳米管产业将迎来第二波发展的浪潮。
