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碳纳米管（CNT）可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。与多壁管相比，单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷，多壁碳纳米管的层间距约为0.34 nm。CNT的具体生长过程如下，主要分为开始阶段和生长阶段见图1：
图1碳纳米管生长过程
碳氢首先不断地吸附在金属上，逐渐达到过饱和状态，之后碳原子相互接触，碳原子调整构象，实现sp2杂化，在高温和金属的作用下连接在一起，逐渐形成二聚体和三聚体，之后形成五元环和六元环等（图1中蓝色标出），慢慢地形成石墨状的结构，随着碳原子的沉积和扩散，CNT不断生长。
CNT生长机理主要有两种：tip-growth model和base-growth model。具体的示意图见图2：
图2 CNT生长机理示意图
当活性组分与载体的相互作用比较弱（接触角为锐角），碳氢化合物首先吸附在活性组分上，进行降解，生成碳和氢气，碳原子在金属上进行扩散，逐渐沉积在金属的底部，开始形成六元环，逐渐地形成石墨状的结构，继而形成碳纳米管，碳纳米管的生长继而又促使金属颗粒离开底部。只要金属颗粒可以接触到碳氢化合物，且碳可以进行扩散，CNT就会逐渐生长。当金属颗粒被炭完全包覆时，CNT就停止生长。这就是tip-growth model，见图3。
图3 碳纳米管的tip-growth生长模型
当活性组分与载体的相互作用比较强（接触角为钝角），CNT的生长没法推动金属颗粒离开载体，因而碳原子就沉积在金属颗粒的上端。碳首先结晶形成一个半球形的圆顶，之后扩张形成圆柱。随后碳原子逐渐沉积在金属颗粒上，碳原子又通过金属向上扩散，CNT逐渐生长。这就是base-growth model，见图4。
图4 碳纳米管的base-growth生长模型
一般而言，除了甲烷、乙烯、丁烯和其他不饱和烯烃外，废旧塑料（聚烯烃）也可以作为生成碳纳米管的原料，通过调节合成的温度配方等工艺条件可以得到结构规整的碳纳米管，且其产率为60wt%以上，实现变废为宝，不仅有利于解决白色污染等环境问题，也可以得到附加值较高的碳纳米管。图5为用聚丙烯为原料制得的碳纳米管。
图5 用聚丙烯为原料制得的碳纳米管
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