按照石墨烯片的層數(shù),可分為:
1) 單壁碳納米管(Single-walled nanotubes, SWNTs):由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長度分別為 0.75~3nm和 1~50μm。又稱富勒管(Fullerenes tubes)。
2) 多壁碳納米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs):含有多層石墨烯片。形狀象個同軸電纜。
其層數(shù)從 2~50 不等,層間距為 0.34±0.01nm,與石墨層間距(0.34nm)相當。多壁管的典型直徑和長度分別為 2~30nm和 0.1~50μm。
多壁管在開始形成的時候,層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷,因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比,單壁管是由單層圓柱型石墨層構成,其直徑大小的分布范圍小,缺陷少,具有更高的均勻一致性。無論是多壁管還是單壁管都具有很高的長徑比,一般為 100~1000,最高可達 1000~10000,完全可以認為是一維分子。
1) 力學性能
碳納米管的抗拉強度達到 50~200GPa,是鋼的 100 倍,密度卻只有鋼的 1/6,至少比常規(guī)石墨纖維高一個數(shù)量級。它是最強的纖維,在強度與重量之比方面,這種纖維是最理想的。如果用碳納米管做成繩索,是迄今唯一可從月球掛到地球表面而不會被自身重量拉折的繩索,如果用它做成地球——月球載人電梯,人們來往月球和地球獻方便了。用這種輕而柔軟、結實的材料做防彈背心那就更加理想了。
除此以外,它的高彈性和彎曲剛性估計可以由超過兆兆帕的楊氏模量的熱振幅測量證實。對于具有理想結構的單層壁的碳納米管,其抗拉強度約 800GPa;對于多層壁,理論計算太復雜,難于給出一確定的值。碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似,但其結構卻比高分子材料穩(wěn)定得多。
在大氣氧化條件下,碳納米管在 973K 的溫度下失重很少,結構基本沒有發(fā)生變化。碳納米管在酸、堿的長時間浸泡下,結構基本不發(fā)生破壞。
人們還預言,碳納米管只會在非常高的應變(15%—20%)狀況才會破壞。在動力學模擬中,它們的行為象“超級細繩”。納米管能抗扭轉力引起的畸變,在許多情況下,納米管可以在卸載時恢復原來的截面,不象石墨纖維,壓縮時易破壞。壓縮的納米管形成波峰狀的紐結,卸載后,能彈性地松弛。納米管的這種特性使其在諸如高強度復合材科的制造中和紡織原料的紡織中具有極大的吸引力。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將碳納米管與其他工程材料制成復合材料,可對基體起到強化作用。
2) 電學性能