昔から、炭素の結晶としては黒鉛(グラファイト)やダイヤモンドが知られていましたが、1985年にサッカーボール形の構造をもつフラーレンが米・英の科学者により発見されました。一方、カーボンナノチューブは、それらとは全く異なる形状で、1991年に日本の科学者が発見しました。それは、電子顕微鏡でフラーレンを観察しているときに針状の物質として偶然見つかったのですが、新しい物質であると意識を持って観察していたため新発見に結びついたのです。このカーボンナノチューブは、直径0.7〜70nmで長さが数十µm程度の円筒の形をした炭素の結晶で、新素材として大いに期待されています。

カーボンナノチューブは、炭素原子が六角形に配置されたグラファイトシートを筒状に巻いた形をしていますが、巻き方や大きさ、重なり方でさまざまな性質をしめします。

カーボンナノチューブは、細くて軽く、非常に強いという性質の他に、立体構造の違いで半導体となるという驚くべき特徴があります。そのため、究極の半導体用途などにも期待されています。

カーボンナノチューブの代表的な作り方(合成方法)には３つあります。それは、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学的気相成長法(CVD法)です。カーボンナノチューブは、アーク放電法でできたススの中から発見されましたので、アーク放電法が最初の方法です。その後、レーザー蒸発法、化学的気相成長法(CVD法)が開発されました。しかし、どれも一長一短があり、１日かかってもほんのわずかしか作れないとか、製造コストが非常に高いなどの問題があります。なお、カーボンナノチューブには多層と単層の２つがありますが、単層カーボンナノチューブを作るときには触媒(鉄、コバルト、ニッケルなど)が大きな役割をしています。

２本の炭素電極に高電圧をかけアーク放電をおこすと、陰極側の堆積物(スス)に多層ナノチューブが生成している。効率はまだ良くないが、多層ナノチューブ製造に適している。

触媒を混ぜた炭素に強いレーザー光をあてると、気化した炭素と触媒が反応し単層ナノチューブが得られる。効率は悪いが純度の高い単層ナノチューブが得られる。

炭素を含むガス(アセチレンやメタンなど)と金属触媒を高温状態で化学反応をさせ、カーボンナノチューブを作る。大量生産や向きをそろえること(配向)にむいている。なお、カーボンナノチューブを単体で生成する気相流動法の場合はナノチューブの質があまり高いとはいえない。

カーボンナノチューブは21世紀の新素材として脚光をあびていますが、まだまだ大量生産ができず、1ｇあたり数万円もするなど価格が非常に高いなど課題は多くあります。しかし、カーボンナノチューブを応用した製品への取り組みは、着実に進んでいます。近い将来、カーボンナノチューブが安価で量産・加工できるようになれば、用途は無限に広がると考えられます。