碳纳米管，亦称巴基管，是一维量子材料的典型代表，以其独特的结构——径向尺寸在纳米级别，轴向尺寸在微米级别，且两端通常封闭——而闻名。由多层同心的碳原子六边形构成，层与层之间距离约为0.34纳米，直径范围在2至20纳米之间。根据碳原子六边形的轴向取向不同，碳纳米管可分为锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种，其中螺旋型具有手性，而锯齿形和扶手椅型则不具备。这种一维纳米材料因其轻盈、结构完美且具有非凡的力学、电学和化学性能而备受关注。随着对碳纳米管及其相关材料研究的不断深入，其潜在的应用领域也日益拓宽。

20世纪70年代末，新西兰科学家在石墨电极间通电产生电火花的研究中发现，电极表面形成了小纤维簇，经电子衍射测定，确认这些纤维簇的壁层由类似石墨排列的碳原子构成，这实际上是对多壁碳纳米管的首次观察。碳纳米管中碳原子的P电子形成了广泛分布的π键，得益于显著的共轭效应，它们展现出了独特的电学特性。碳纳米管具有良好的导电性，这是因为其结构与石墨的层状结构相似，因此具有良好的电学性能。理论上，其导电性取决于管径和螺旋角。大于6纳米的CNTs导电性下降，而小于6纳米的CNTs则可视为具有优秀导电性的一维量子导线。有研究显示，直径为0.7纳米的碳纳米管可能表现出超导性，尽管其超导转变温度仅为1.5×10^-4开尔文，但这预示着碳纳米管在超导领域的应用潜力。根据碳纳米管的导电特性，它们可被分类为金属型或半导体型：当n-m=3k（其中k为整数）时，碳纳米管表现为金属性；而当n-m=3k±1时，则表现为半导体性。