，2s2px2py三个在同一平面内形成互为120℃角的三个等价的σ键，剩余的2pz轨道与σ键所在的平面垂直形成π键,。π电子属非定域电子，在受到外电磁场作用时可在六元环网上自由运动，形成金属键；π键较弱，易发生断裂或解离性和自润滑性，易形成层间化合物；从而形成石墨特性：1）不熔融和极高的化学稳定性，a面内抗拉强度极高； 2）导电导热性好，黑色；3）各向异性。

　　sp：2 个σ键，2个π键，半岛综合体育官网登录入口咔宾；具有两种结构类型：累积烯烃 =C=C=C=和聚炔结构，线C原子，六方晶体；树脂状组织，白色，白碳。还处于研究阶段，应用不多。

　　富勒烯的结构：C60属于碳簇（Carbon Cluster）分子，由20个正六边形和12个正五边形组成的球状32面体，直径0.71nm，其60个顶角各有一个碳原子。

　　C60分子中碳原子价都是饱和的，每个碳原子与相邻的3个碳原子形成两个单键和一个双键。五边形的边为单键，键长为0.1455nm，而六边形所共有的边为双键，健长为0.1391nm。整个球状分子就是一个三维的大π键，其反应活性相当高。C60分子对称性很高。每个顶点存在5次对称轴。

　　除了C60外，还有C50、C70、C84、直至C960等，其中C70有25个六边形，半岛综合体育官网登录入口为椭球状。

　　1991年发现的，日本NEC公司的饭岛澄男（2011年当选中国科学院外籍院士）。

　　结构：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(或称单层碳纳米管，SWCNTs)和多壁碳纳米管(或多层碳纳米管, MWCNTs)。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。长度可达一微米。

　　l力学性非常好，抗拉强度很高，而且柔性也很好：强度是钢的20倍以上，模量是钢的5倍，与金刚石相当，并且可压缩比达40%。比表面积为1300-2600m2/g，在相同表面的材料中为最轻

　　l导热性高，特别是沿着轴向的导热性4000W.m-1K-1 以上，是硅的20~30倍，是Cu和Ag的约10倍，即使与以前导热率最高的金刚石相比，也高达其2倍左右；

　　l导电性特别，可以是半导体特性的、也可以是金属性质的导电性。这是由于它形成管结构时候的六元环的螺旋度不一样造成的。就像是一张纸，可以对折起来，也可以用不同的角度斜着卷起来、碳纳米管中的六元环的边和卷的轴所形成的角度不一样，就可能是半导体、也可能金属特性的导电性。

　　结构：石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构；碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料；实际石墨烯具有褶皱；它可以翘曲成零维(0D) 的富勒烯，卷成一维(1D)的碳纳米管，可以堆叠成三维的石墨

　　A.定义：炭材料：以煤、石油或加工或处理产物为原料，经加工处理后得到的，以碳元素为主要成份的非金属材料。狭义上，就是指人造类石墨材料，包括其无定形。过渡态和石墨晶体。广义定义则包含了所有的碳元素材料，包括金刚石、咔宾、石墨等。

　　B.新型炭材料：使用为目的、通过工艺和原料的改变、半岛综合体育官网登录入口控制所得材料的功能、开发出新的用途炭及复合材料。分三类（大谷杉郎）：强度100MPa，模量10GPa以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；炭为主要要素的复合材料；利用炭材料的特征的炭及碳化物功能材料

　　² 还具有比强度、比模量高、震动衰减性好、生物相容性高、具有自润滑性和中子减速性等性能。

　　这些都是三大固体材料所不具备的，因此炭及其复合材料被认为是人类所必须的第四类原材料。

　　spn杂化结构的多变性导致了性质的多变性。性质和应用结合，产生了多种炭材料。

　　相比金属和陶瓷以及天然高分子，发展和应用较晚。近现代吸附材料、电极材料、碳纤维复合材料和新型炭材料

　　纳米结构(nanostructure)：以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。

　　纳米材料(nanomaterial)：三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料

　　纳米科学(nanoscience)：在纳米尺度上研究材料的制备及其性质、现象的科学。

　　纳米技术(nanotechnology)：在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的技术。从小到大，从下到上。

　　纳米科学技术(Nano-ST)：制造和研究纳米尺度（10-9 ～10-7m）的器件和材料的科学技术。创造和制备纳米材料；设计、制备各种纳米器件和装置；探测分析纳米材料、器件的结构、性质及其相互关系和机理

　　纳米材料的分类：粒子（0维，粉末，超细粉）；一维（纳米纤维）；二维（纳米薄膜，颗粒膜和致密膜）；三维（具有纳米结构的宏观块体材料）

　　表面效应纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。比表面积（单位质量物料所具有的总面积）

　　量子尺寸效应粒子尺寸极小时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。磁、光、声、电、热以及超导电性与本体材料的差异或反常。颜色与粒子尺寸相关。

　　小尺寸效应当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。强磁状态向超顺磁状态转变；光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生变化。

　　宏观量子隧道效应微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应

　　量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。

　　自上而下(Top Down)：理查德•费曼的技术；通过微加工和固态技术,不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化.

　　自下而上(Bottom Up)德瑞克斯勒的技术；以原子分子为基本单元,根据人们的意愿进行设计和组装,从而构筑成具有特定功能的产品. 减少原材料需求,降低环境污染

　　3.纳米材料的奇异性能来自于四大效应。低熔点、高气体扩散速率、高磁记录存贮密度、对光的低反射高吸收、与细胞的高结合能力...

　　5.我国纳米科技研究水平世界纳米科技研发大国，部分基础研究跃居国际领先水平。