Estructuralmente, existen dos tipos básicos de nanotubos de carbono (CNT): nanotubos de pared simple (SWNT) y nanotubos de paredes múltiples (MWNT), pero la disposición de los grupos de átomos de carbono en estas estructuras también varía. Los nanotubos de carbono son esencialmente láminas de grafito enrolladas, que se construyen sobre una serie de enlaces entrelazados, hexagonales, de seis átomos de carbono. Estos enlaces pueden disponerse en una de tres configuraciones: zig-zag, donde se alternan en un patrón lineal a lo largo de la pared de nanotubos cilíndricos; sillón, donde la estructura es una colección de líneas rectas de enlaces; y quiral, donde los enlaces se desplazan de forma lineal a un ángulo izquierdo o derecho a lo largo del tubo.
Dentro de esta clase fundamental de estructuras, los nanotubos de carbono también varían al ser cilindros rectos o distorsionados de alguna manera, como enrollados o ramificados. Las formas adicionales que se han creado incluyen el nanotubo con una esfera de buckyball de carbono unida a él, conocida como nanobud, y nanotubos apilados en taza, que son una serie de estructuras cóncavas en forma de disco alineadas en forma de tubo. También se han fabricado estructuras de nanotubos en forma de toro o rosquilla y tienen propiedades de alto momento magnético que las harían útiles como sensores potentes.
La estructura de los nanotubos de carbono también determina sus propiedades físicas y químicas, donde los nanotubos de sillón son siempre metálicos en términos de conductividad eléctrica, y las formas zig-zag y quirales son semiconductoras. Los seis enlaces de carbono que forman la estructura hexagonal básica de un nanotubo de carbono están espaciados alrededor de 0.14 nanómetros entre sí en fuertes enlaces covalentes moleculares. Estas láminas enrolladas de grafito se unen entre sí en nanotubos de paredes múltiples, que son esencialmente cilindros dentro de cilindros, mediante fuerzas débiles de van der Waals, a una distancia de aproximadamente 0.34 nanómetros entre las paredes de los cilindros. Este enlace molecular débil permite que las estructuras de las láminas de grafito se deslicen entre sí, lo que facilita la eliminación del grafito en aplicaciones como cuando se presiona un lápiz contra el papel.
Otros tipos de nanotubos de carbono incluyen nanotubos de carbono extremos, que son simplemente variaciones del diseño natural donde son muy largos, cortos o delgados. Tienen aplicaciones en la construcción de cables de 20 a 100 veces más fuertes que el acero para cosas como un ascensor espacial y para músculos artificiales que pueden operar en un rango de temperatura de -321 ° a 2,800 ° Fahrenheit (-196 ° a 1,538 ° Celsius). ). Algunas películas de nanotubos extremos también son capaces de capturar longitudes de onda de luz infrarrojas conocidas como radiación de cuerpo negro o radiación de calor. Esto los haría útiles en células solares que podrían capturar este calor emitido por la Tierra al espacio durante la noche, lo que permitiría la generación de energía las 35 horas del día a un nivel de eficiencia de más del XNUMX%, que es de dos a cinco veces mejor que el de las células solares convencionales.