碳納米管在幾何層面上可以看作由若干層石墨片沿同一軸線卷繞而形成的空心管狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)石墨片層數(shù)可將其分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。目前，它的制備方法有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）以及火焰法等。其具體操作如下：
一、電弧放電法
首先在反應(yīng)器內(nèi)通入惰性氣體，以石墨棒作陰陽(yáng)電極，通入直流電后，陽(yáng)極汽化形成碳納米管，并以煤煙的形式沉積在陰極表面及腔壁周?chē)?。通常，多壁碳納米管的合成不需添加催化劑；而在陽(yáng)極中摻入Fe、Co、Ni等金屬催化劑可以合成單壁碳納米管。
二、激光燒蝕法
在惰性氣氛下，通過(guò)高能激光能使固體石墨汽化來(lái)制備碳納米管。相比于電弧放電法，該方法更有利于單壁碳納米管的生長(zhǎng)，并且易于進(jìn)行生長(zhǎng)機(jī)理的分析。在該方法中，碳納米管的產(chǎn)率很大程度上取決于催化劑的種類(lèi)。
三、化學(xué)氣相沉積法
CVD法是將烴類(lèi)或含碳氧化物引入到含有催化劑的高溫管式爐中經(jīng)過(guò)催化分解后形成碳納米管。該生產(chǎn)方法的設(shè)備主要包括水平反應(yīng)爐、流化床反應(yīng)爐、垂直反應(yīng)爐等。
四、火焰法
其又稱(chēng)為燃燒法，最早應(yīng)用于炭黑以及二氧化鈦等的合成?；鹧姝h(huán)境不僅能夠提供碳材料成核的化學(xué)組分，還可以為碳材料的生長(zhǎng)提供所需能量。根據(jù)燃料和氧化劑的引入方式可將火焰分為預(yù)混合火焰和擴(kuò)散火焰。預(yù)混合火焰是把燃料和氧化劑經(jīng)過(guò)預(yù)先混合后再引入到燃燒器中進(jìn)行燃燒。與預(yù)混合火焰不同，擴(kuò)散火焰中燃料和氧化劑是分開(kāi)引入的，通過(guò)擴(kuò)散的方式實(shí)現(xiàn)接觸，碳納米管傾向于在火焰的燃料側(cè)形成。常見(jiàn)的擴(kuò)散燃燒方式有對(duì)流擴(kuò)散火焰、并流擴(kuò)散火焰和反擴(kuò)散火焰三種。
自1991年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，碳納米管以其優(yōu)異的力學(xué)、機(jī)械和電化學(xué)特性而被廣泛研究。這些獨(dú)特的性質(zhì)使其在包括催化儲(chǔ)氫、二次電池及超級(jí)電容器等領(lǐng)域顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
