Strutturalmente, esistono due tipi fondamentali di nanotubi di carbonio (CNT) — nanotubi a parete singola (SWNT) e nanotubi a parete multipla (MWNT) — ma varia anche la disposizione dei gruppi di atomi di carbonio in queste strutture. I nanotubi di carbonio sono essenzialmente fogli arrotolati di grafite, che sono costruiti su una serie di legami ad incastro, esagonali, a sei atomi di carbonio. Questi legami possono essere organizzati in una delle tre configurazioni: a zig-zag, dove si alternano in uno schema lineare lungo la lunghezza della parete cilindrica del nanotubo; poltrona, dove la struttura è un insieme di linee rette di legami; e chirale, dove i legami si spostano in modo lineare verso un angolo sinistro o destro lungo la lunghezza del tubo.
All’interno di questa classe fondamentale di strutture, i nanotubi di carbonio variano anche essendo cilindri diritti, o distorti in qualche modo come arrotolati o ramificati. Ulteriori forme che sono state create includono il nanotubo con una sfera di buckyball di carbonio attaccata ad esso, noto come nanobud, e i nanotubi impilati a tazza, che sono una serie di strutture concave a forma di disco allineate in forma di tubo. Sono state realizzate anche strutture di nanotubi toroidali, oa forma di ciambella, con elevate proprietà di momento magnetico che le renderebbero utili come potenti sensori.
La struttura dei nanotubi di carbonio determina anche le loro proprietà fisiche e chimiche, dove i nanotubi a poltrona sono sempre metallici in termini di conduttività elettrica e le forme a zig-zag e chirali sono semiconduttive. I sei legami di carbonio che costituiscono la struttura esagonale di base di un nanotubo di carbonio sono distanziati di circa 0.14 nanometri l’uno dall’altro in forti legami molecolari e covalenti. Questi fogli arrotolati di grafite vengono quindi legati l’uno all’altro in nanotubi a parete multipla, che sono essenzialmente cilindri all’interno di cilindri, da deboli forze di van der Waals, a una distanza di circa 0.34 nanometri tra le pareti dei cilindri. Questo debole legame molecolare consente alle strutture del foglio di grafite di scivolare l’una contro l’altra, il che rende facile rimuovere la grafite in applicazioni come quando una matita viene premuta contro la carta.
Altri tipi di nanotubi di carbonio includono nanotubi di carbonio estremi, che sono semplicemente variazioni sul design naturale in cui sono molto lunghi, corti o sottili. Hanno applicazioni nella costruzione di cavi da 20 a 100 volte più resistenti dell’acciaio per cose come un ascensore spaziale e per muscoli artificiali che possono funzionare in un intervallo di temperatura da -321° a 2,800° Fahrenheit (da -196° a 1,538° Celsius ). Alcuni film di nanotubi estremi sono anche in grado di catturare lunghezze d’onda infrarosse della luce note come radiazione del corpo nero o radiazione termica. Ciò li renderebbe utili nelle celle solari che potrebbero catturare questo calore emesso dalla Terra nello spazio durante la notte, il che consentirebbe la generazione di energia 35 ore su XNUMX con un livello di efficienza superiore al XNUMX%, che è da due a cinque volte migliore di quello delle celle solari convenzionali.