أنابيب نانوية كربونية

متعددة الجدران

تتكون الأنابيب النانوية متعددة الجدران من طبقاتٍ عديدةٍ مطويةٍ أو ملفوفةٍ (أنابيب متراكزة) من الغرافيت. ويوجد هناك نموذجان يمكن استخدامهما لوصف هياكل وبنى الأنابيب النانوية متعددة الجدران. ففي نموذج الدمية الروسية (ماتريوشكا) ، تم ترتيب صفائح الغرافين على شكل أسطوانات متمركزة. على سبيل المثال أنبوب نانوي أحادي الجدار (0.8) داخل أنبوب نانوي أحادي الجدار أكبر حجماً (0.17). أما في نموذج  لفيفة الرق، يتم طي صفيحة من الغرافين حول بعضها البعض، ممثلةً شكل لفيفةٍ من الرق أو جريدةٍ ملفوفةٍ. مع ملاحظة أن المسافة تتقارب في ما بين الطبقات الداخلية للأنبوب النانوي متعدد الجدران من تلك المسافة الموجودة بين طبقات الغرافين في الغرافيت، تقريباً 3.4 Å.
وهنا يجب التأكيد على مكان أنابيب النانو الكربونية مزدوجة الجدران الخاص بسبب تركيبها وخواصها الشبيهة بالأنابيب النانوية أحادية الجدران، إلا أن مقاومتها للمواد الكيميائية تم تحسينها بصورةٍ كبيرة. ويصبح هذا من الضرورة عندما تكون الوظيفية مطلوبة (وهذا يعني تطعيم وتحين الوظائف الكيميائية على سكح الأنابيب النانوية) بهدف إضافة خصائص جديدةٍ للأنابيب النانوية الكربونية. وفي حالة الأنابيب النانوية أحادية الجدار، تقوم الوظيفية التساهمية بكسر بعضاً من الروابط التساهمية (المزدوجة) C=C، مخلفةً ورائها "ثقوباً" في تركيب على سطح الأنبوب النانوي ومن ثم تعديل كلاً من خصائصها الميكانيكية والكهربائية. أما في حالة الأنابيب النانوية مزدوجة الجدران، يتم تعديل الجدار الخارجي فقط. هذا وقد اُقْتُرِحَ تركيب الأنبوب النانوي مزدوج الجدران على مقياس الغرام لأول مرةٍ في عام 2003  بواسطة تقنية الترسيب الكيميائي للبخار بالاشتعال (بالإنجليزية: Combustion Chemical Vapor Deposition CCVD)، وذلك بالاختزال الانتقائي لمحاليل الأكسيد في كلٍ من الميثان والهيدروجين.

الطارة أو الطوق

يوصف البرعم النانوي الكربوني نظرياً على أنه أنبوب نانوي كربوني مطويّ داخل طارةٍ أو طوقٍ (حيث يأخذ شكل الدونوت أو الكعكة المحلاة). ومن المتوقع أن يكون للأطواق النانوية العديد من الخصائص الفريدة، ومنها يكون العزم المغناطيسي أكبر 1000 مرةً عما كان متوقعاً مسبقاً لأنصاف أقطارٍ خاصةٍ معينةٍ. كما تتنوع بعضاً من الخصائص ومنها العزم المغناطيسي، الثباتية الحرارية، إلخ وفقاً لنصف قطر الطوق أو الطارة وطارات الأنبوب جميعها.

البرعم النانوي

تُعَدُ البراعم النانوية الكربونية موادً مُنْتَجَةً حديثاً، حيث تجمع متآصلات الكربون المكتشفة مسبقاً: وهي  أنابيب النانو الكربونية والفولرينات. يتم ربط "البراعم" الشبيهة بالفوليرين بصورةٍ تساهميةٍ مع الجدران الجانبية الخارجية للأنبوب النانوي الكربوني الداخلي. وتتسم تلك المادة المهجنة بأنها تجمع خصائصاً مفيدةً لكلٍ من الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية. وعلى الأخص، وُجِدَ أنها بواعثٌ استثنائيةٌ جيدةٌ للمواد. كما قد تلعب جزيئات الفوليرين، في المواد المركبة، وظيفة المثبتات الجزيئية والتي تمنع وتقي من انزلاق الأنابيب النانوية، ومن ثم تساعد في تحسين الخصائص الميكانيكية للمركب.

الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس

تختلف الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس (بالإنجليزية:  Cup-stacked carbon nanotubes) عن الهياكل الكربونية الأخرى شبيهة أحادية البعد (بالإنجليزية: quasi-1D carbon structure) والتي تلعب دور موصل معدني للإلكترونات. حيث تُظْهِر الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس سلوكاً شبه توصيلياً بسبب البنية الدقيقة المكدسة لطبقات الغرافين.

أمثلة لأنابيب نانوية كربونية مميزة ومتطرفة

أفادت التقارير أن  أطول  أنابيب نانوية كربونية (بطول وصل إلى 18.5 سنتيمتراً) ظهرت عام 2009. حيث تم تنميتها على ركائز السيليكون (بالإنجليزية:  Si substrates) بواسطة استخدام طريقة ترسب كيميائي للبخار بالإضافة إلى تقديم حزم منتظمة متجانسة إلكترونياً من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار.
في حين كان أقصر أنبوب نانوي كربوني مركبًا حلقيًّا  من البارافينيلين العضوي والذي تم تركيبه في أوائل سنة 2009.
كما أن أرفع أنبوب نانوب كربوني هو على شكل (ذراع الكرسي أو الأريكي الشكل) (2.2) سنتيمتراً، حيث يصل قطره إلى 3 Å. وقد نما هذا الأنبوب النانوي الكربوني داخل أنبوب نانوي كربوني متعدد الجدران. وتم تطبيق نموذج الأنبوب النانوي الكربوني من خلال دمج حسابات كلٍ من المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة (بالإنجليزية: high-resolution transmission electron microscopy)، مطيافية رامان (بالإنجليزية: Raman spectroscopy)، والنظرية الدالية للكثافة (بالإنجليزية: density functional theory).
كما أن أكثر الأنابيب النانوية الكربونية نحافةً وقائمةً بذاتها يقارب قطرها 4.3 Å. وقد اقترح الباحثون أنه قد يكون أنبوباً نانوياً أحادي الجدار بأقطار (5.1) أو (4.2)، إلا أن النوع المحدد للأنبوب النانوي الكربوني ما زال محط تساؤلٍ واستفهامٍ. هذا وتم تحديد الأنابيب النانوية الكربونية ذات الأقطار (3.3)، (4.3)، و(5.1) (حيث تترواح جميعها حول طول قطرٍ يصل إلى 4 Å) بوضوحٍ باستخدام صورةٍ أكثر تصحيحاً للانحراف الناتج عن المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة. على الرغم من ذلك، فقد وُجِدَت داخل الأنابيب النانوية الكربونية مزدوجة الجدران كذلك.

الصلادة

يُعتَبَر الألماس أكثر المواد صلادةً. ويتحول الغرافيت تحت ظروف الحرارة العالية والضغط العالي إلى الألماس. نجحت إحدى الدراسات في تركيب أو تصنيع مادةٍ عالية الصلادة من خلال ضغط الأنابيب النانوية أحادية الجدار إلى ما فوق 24 غيغا باسكال في درجة حرارة الغرفة. كما تم قياس صلادة تلك المادة الجديدة بالمثلم النانوي (بالإنجليزية: nanoindenter) لما بين 62- 152 غيغا باسكال. في حين أن صلادة عينات الألماس ونتريد البورون المرجعية تتراوح بين 150- 62 باسكال، على التوالي. في حين يفوق معامل المرونة الحجمية للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار المضغوطة والذي يُقَدَر ب462- 546 باسكال، معامل الألماس الذي يصل إلى 420 باسكال.

الحركية

تتسم الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران بأنها أنابيب نانوية كربونية متعددة ومتمركزة بدقة وبصورةٍ متداخلةٍ مع بعضها البعض. وتظهر هذه الأنابيب خاصية انزلاق الأسطوانات فوق بعضها البعض كما في المقراب (التليسكوب)، والتي بموجبها قد ينزلق محور الأنبوب النانوي الداخلي، غالباً بدون احتكاك، داخل غلاف الأنبوب النانوي الخارجي، مما يخلق أو ينتج محامل ذرية خطية أو دورانية. ومن ثم، فيُعَدُ هذا النموذج من الأمثلة الأولى الحقيقية للتقانة النانوية الجزيئية، والمتمثلة في التوضع الدقيق للذرات لإنتاج آلاتٍ مفيدةٍ. وقد استُخْدِمَت تلك الخاصية بالفعل لإنتاج أصغر محركٍ دوارٍ في العالم أجمع. كما تم وضع تصوراتٍ للتطبيقات المستقبلية ومنها المذبذبات الميكانيكية الغيغاهرتزية.

الكهربائية

بسبب التناظر والتركيب الإلكتروني الفريد للغرافين، فإن بنية الأنبوب النانوي تؤثر بصورةٍ قويةً على خصائصها الكهربائية. فلو كانت قيمة n قيمة = m في حالة الأنبوب النانوي الذي تم ذكره مسبقاً (n,m) فإن الأنبوب النانوي يكون فلزي (شبيه بناقلية الفلزات)؛ أما لو كانت قيمة n − m هي ثلاثة أضعافً من 3، فإن الأنبوب النانوي يكون شبه موصلاً ذا فجوةٍ نطاق صغيرةٍ، ودون ذلك يكون الأنبوب النانوي شبه موصلٍ موجبٍ معتدلٍ. ومن ثم، فإن كل الأنابيب النانوية أريكية الشكل (n = m) هي معدنيةٍ، في حين تكون الأنابيب النانوية (6.4)، (9.1)، إلخ أشباه موصلاتٍ.
على الرغم من ذلك، فللقاعدة استثناءاتها، بسبب أن تأثيرات الانحناء في الأنابيب النانوية الكربونية صغيرة القطر قد تؤثر بقوةٍ على الخصائص الكهربائية. ومن ثم، فإن الأنبوب النانوي الكربوني أحادي الجدار (5.0) والذي كان يجب أن يكون شبيه موصلٍ يكون في الواقع فلزي وفقاً للحسابات. وعلى نفس المنوال، وبصورةٍ معكوسةٍ – فإن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار متعرجة وأريكية الشكل ذات الأقطار الصغيرة والتي يجب أن تكون فلزية، لها فجوة محدودة (تظل الأنابيب النانوية أريكية الشكل معدنية). ووفقاً للنظرية، فإن الأنابيب النانوية المعدنية لها القدرة على حمل ونقل كثافة التيار الكهربائي 4 × 10⁹ A/cm² والتي تزيد عن 1.000 مرةً عن تلك الخاصة بفلزات مثل النحاس.
في حين تُظْهِر الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران ذات القشور الداخلية المتداخلة معاً موصلية فائقة مع درجة حرارةٍ انتقالية عالية نسبياً Tc = 12 درجة حرارةٍ مطلقةٍ. وعلى النقيض، فإن Tc قيمة أسية أقل بالنسبة للحبال المكونة للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار أو تلك الخاصة بالأنابيب النانوية متعددة الجدران ذات القشور أو الأغلفة العادية غير المتداخلة مع بعضها البعض.

البصرية

تشير الخصائص البصرية لأنابيب النانوية الكربونية إلى الامتصاص والضيائية الضوئية ومطيافية رامان للأنابيب النانوية الكربونية. تعد الخصائص البصرية ذات أهمية كبيرة، من منطلق صناعي، إذ أنها يمكن أن تساهم في تحديد نوعية الأنابيب النانوية الكربونية المنتجة، وذلك في تحديد المحتوى الكربوني، والبنية (اليدوانية) والكشف عن العيوب البنيوية.
من المتوقع أن تسخر الخصائص البصرية للأنابيب النانوية الكربونية في مجال الصمامات الثنائيية الباعثة للضوء  وفي المكاشيف الضوئية  إن الخاصة المميزة لهذه التطبيقات ليست في كفاءتها، إذ لا تزال ضعيفة، إنما في انتقائيتها لطول موجة الإصدار والكشف، وبإمكانية تحسينها عن طريق بنية الأنابيب النانوية.

الحرارية

من المتوقع أن تكون الأنابيب النانوية جميعها موصلات جيدة للحرارة على طول الأنبوب، مما يظهر خاصية معروفة باسم "التوصيل الباليستي" (بالإنجليزية: ballistic conduction)، إلا أنها في الوقت ذاته تلعب دور عوازلٍ جيدةٍ لمحور الأنبوب بصورةٍ أفقيةٍ. هذا وقد أظهرت التجارب أن للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار القدرة على توصيل درجة حرارة الغرفة على طول محورها لما يصل إلى 3500 W•m⁻¹•K⁻¹؛  ولنقارن هذا بالنحاس، وهو فلز معروف بأنه موصل جيدة للحرارة، حيث ينقل 385 W•m⁻¹•K⁻¹. حيث أن للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار خاصية نقل أو توصيل درجة حرارة الغرفة عبر محورها لما يقارب 1.52 W•m⁻¹•K⁻¹، والذي هو تقريباً موصل حرارياً كالتربة. كما تـُقَدَر ثباتية درجة الحرارة للأنابيب النانوية الكربونية بما قد يصل إلى 2800 °س في الفراغ وإلى ما يصل إلى 750 °س في الهواء.

العيوب والتشوهات

كما هو الحال مع المواد جميعها، فإن وجود أي تشوه بلوري (بالإنجليزية: crystallographic defect) يؤثر على خصائص المادة. حيث قد تقع التشوهات على صورة فجوات ذرية (بالإنجليزية: vacancy defect). كما أن المستويات العليا لمثل تلك التشوهات قد تُقَلِص من قوة الشد بمقدار يصل إلى 85%. وتمثل تشوهات ستون ويلز (بالإنجليزية: Stone Wales defect) صورةً أخرى للتشوهات المتواجدة بالأنابيب النانوية الكربونية، والتي تخلق زوج خماسي وسباعي من خلال إعادة ترتيب الروابط. وبسبب البنية متناهية الصغر للأنابيب النانوية الكربونية، فإن قوة الشد للأنبوب تعتمد على القطاع الأضعف في سمةِ مماثلةٍ للسلسلة، حيث تصبح قوة أضعف وصلة هي القوة القصوى للسلسلة.
كما تؤثر العيوب البلورية كذلك على الخصائص الكهربائية للأنبوب. ومن ضمن النتائج الشائعة، قدرة منخفضة على التوصيل عبر المنطقة المعيبة بالأنبوب. كما أن وجود تشوهٍ في الأنبوب النانوي أريكي الشكل (والذي له القدرة على توصيل الكهرباء) قد يتسبب في أن تصبح المنطقة المحيطة شبه موصلةٍ بدلاً من كونها موصلةً للكهرباء، كما أن للفجوات أحادية الذرة خصائصاً مغناطيسيةً.
هذا وتؤثر التشوهات البلورية بصورةٍ واضحةٍ قويةٍ على الخصائص الحرارية للأنبوب. فقد تؤدي مثل تلك التشوهات إلى تشتت الفونون، والذي بدوره يزيد من معدل استرخاء هذه الفونونات، مما يؤدي إلى تقليل متوسط المسار الحر ويُقَلِص كذلك من القدرة على التوصيل الحراري لبنى الأنابيب النانوية الكربونية. وتشير محاكاة أو تمثيلات انتقال الفونون إلى أن العيوب البديلة كالنيتروجين أو البورون تؤدي بصورةٍ أساسيةٍ إلى تشتيت الفونونات البصرية عالية التردد. على الرغم من ذلك، فإن التشوهات الكبيرة مثل تشوهات ستون ويلز تُسَبِب تشتتٍ للفونون على نطاقٍ واسعٍ من الترددات، مما يؤدي إلى تقلصٍ أكبرٍ للقدرة على التوصيل الحراري.

النقل أحادي البعد

بسبب الأبعاد النانوية، لا تنتشر الإلكترونات إلا على طول محور الأنبوب ويتضمن نقل الإلكترون العديد من التأثيرات الكمومية. ونتيجةً لهذا، فإنه كثيراً ما يُشار إلى الأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ متكررةٍ "بأحادية البعد".

التركيب أو التصنيع

تطورت الأساليب المستخدمة لإنتاج الأنابيب النانوية ذات الأحجام المتناسبة والمعقولة، وكان من بينها؛ تفريغ القوس الكهربائي والتذرية الليزرية، أول أكسيد الكربون عالي الضغط، والترسيب الكيميائي للبخار. مع ملاحظة أن معظم تلك العمليات تقع تحت الفراغ أو مصاحبةً مع غازات نبيلة. حيث يمكن إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية من تنامي الترسيب الكيميائي للبخار في الفراغ أو تحت الضغط الجوي.

تفريغ القوس الكهربائي

لوحظ تواجد الأنابيب النانوية الكربونية عام 1991 في سخام الكربون أقطاب الغرافيت أثناء عملية تفريغ القوس، من خلال استخدام تيار شدته 100 أمبير، والتي قُصِدَ منها إنتاج الفلورين. على الرغم من ذلك، قام باحثان بأول عملية إنتاجٍ للأنابيب النانوية الكربونية المجهرية تمت خلال عام 1992 في معمل الأبحاث الرئيسي التابع لشركة إن إي سي. وكانت الطريقة المستخدمة مثلها مثل الطريقة التي استخدمت قبل ذلك في عام 1991. حيث تسامى الكربون الداخل في تركيب أقطاب الغرافيت السالبة بسبب درجة حرارة التفريغ العالية. وبسبب أن ذلك الأسلوب يمثل الطريقة المستخدمة في اكتشاف تواجد الأنابيب النانوية الكربونية، فقد أصبح أكثر طريقةٍ واسعة الانتشار في تركيب وتصنيع الأنابيب النانوية.
ويمثل عائد تلك الطريقة ما يُقَدَرُ بحوالي 30% من حيث الوزن وتقوم بإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ومتعددة الجدران كلتيهما بأطوال تصل إلى 50 ميكرومتراً بأقل عيوبٍ بنائيةٍ.

تذرية ليزرية

يُبَخِرُ الليزر النابض في أثناء عملية التذرية الليزرية الغرافيت الهدف في مفاعل ذو درجة حرارة مرتفعة، في حين يضخ الغاز الخامل عبر أرجاء حجرة المفاعل. وهنا نلاحظ أن الأنابيب النانوية الكربونية تنمو وتتطور على الأسطح الأبرد للمفاعل حيث يتكثَّف الكربون المتبخِر. ومن ثم، يمكن دمج سطحٍ مُبَرَدٍ بالماء ضمن النظام بهدف تجميع الأنابيب النانوية.
طور د. ريتشارد سمولي تلك العملية بمعاونة مساعديه في جامعة رايس، والذين في أثناء وقت اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية، كانوا يقومون بتسليط الليزر على المعادن لإنتاج جزيئاتٍ معدنيةٍ متنوعةٍ. وعندما سمعوا بوجود ما يسمى الأنابيب النانوية، قاموا باستخدام الغرافيت بدلا من المعادن لإنتاج أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران. وفي وقتٍ لاحقٍ من هذا العام، استخدم الفريق مركباً من الغرافيت وجسيمات حفاز معدنية (وكان أفضل منتجٍ يتم الحصول عليه من خليط الكوبلت والنيكل) بهدف تركيب الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار.
وصل مردود طريقة التذرية الليزرية إلى ما يُقارب 70% بالإضافة إلى أنها أنتجت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ذات الأقطار المُتَحَكَمُ بها والتي جرى التحكم بها بواسطة درجة حرارة التفاعل. إلا أنها على الرغم من ذلك، تُعَدُ باهظة التكاليف عن عمليتي تفريغ القوس الكهربائي أو التوضع (الترسب) الكيميائي للبخار كلتيهما.

الترسيب الكيميائي للبخار

أفادت التقارير حدوث أول عمليةٍ لمرحلة الترسيب الكيميائي للبخار في عام 1959،  إلا أنه لم تتكون الأنابيب النانوية الكربونية بواسطة تلك العملية إلا في عام 1993. في حين طور الباحثون في جامعة سينسيناتي في عام 2007 عمليةً لتنمية صفائف الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة مع بعضها البعض بطول 18 مليمتراً على أول نظام نمو لأنبوب نانوي كربوني ET3000 بحسب ما أُطلق عليه.
وفي أثناء عملية التوضع الكيميائي للبخار، يتم تجهيز ركيزة مع طبقةٍ من جسيمات حفاز معدنية، والتي غالباً ما تكون النيكل، الكوبلت،  الحديد أو مزيجاً منها. هذا ومن الممكن إنتاج الجسيمات النانوية المعدنية بطرقٍ أخرى، منها اختزال الأكاسيد أو محاليل الأكاسيد الصلبة. وترتبط أقطار الأنابيب النانوية التي تنمو بحجم الجسيمات المعدنية. ويمكن ضبط هذا من خلال ترسيب المعدن المنقوش أو (المغطى)، تخمير المعادن حراريا، أو من خلال خرط البلازما لطبقة المعدن. ويتم تسخين الركيزة إلى نحو 700 درجةٍ مئويةٍ تقريباً. ولبدء عملية نمو الأنابيب النانوية، يتم ضخ غازين إلى داخل المفاعل: وهما غاز معالج (على سبيل المثال؛ غاز الأمونيا، النيتروجين أو الهيدروجين) مع غازٍ حاوي على الكربون (ومنه على سبيل المثال؛ غاز الأسيتيلين، الإيثيلين، الإيثان أو الميثان). ثم تنمو الأنابيب النانوية الكربونية في مواقع البلورة المعدنية؛ حيث يُكَسِّرُ الغاز المحتوي على الكربون على سطح الجسيم المُحَفِز، ثم ينتقل الكربون إلى حواف الجسيم، حيث يُشَكِّل الأنابيب النانوية. وما زالت هذه الآلية في طور الدراسة. ونلاحظ أن الجسيمات المحفزة قد تظل باقيةً على أطراف الأنبوب النانوي النامي خلال عملية النمو أو الإنتاج، أو تَظِلُ عند قاعدة الأنبوب النانوي، وذلك وفقاً للالتصاق أو الالتحام فيما بين الجسيم المُحَفِز والركيزة. كما أن عملية التحلل التحفيزي الحراري للهيدروكربون أصبحت مساحةً نشطةً للبحث والتجريب، بالإضافة إلى أنها تُعَدُ مجالاً واعداً لإنتاج النصيب الأكبر من الأنابيب النانوية الكربونية. هذا ويلعب مفاعل المهد المسيل (بالإنجليزية:  Fluidised bed reactor) المفاعل الأوسع استخداماً لتجهيز الأنابيب النانوية الكربونية. إن تحويل المفاعل على النطاق الصناعي يمثل تحدياً رئيسياً في هذا المجال.
ومن ثم تُعَدُ عملية الترسيب الكيميائي للبخار طريقةً شائعةً للإنتاج التجاري للأنابيب النانوية الكربونية. ومن أجل ذلك الغرض، يتم خلط الجسيمات المعدنية النانوية مع المُدَعِّم المحفِّز مثل MgO أو Al₂O₃ لزيادة مساحة السطح لتحقيق عائد (مردود) أعلى من التفاعل التحفيزي لمواد التلقيم الكربونية مع الجسيمات المعدنية. ومن إحدى القضايا المتجسدة في مسار التركيب هذا تتمثل في إزالة التدعيم المحفِّز من خلال المعالجة الحمضية، والتي قد تُدَمِر في بعض الأحيان البنية الأصلية للأنابيب النانوية الكربونية. على الرغم من ذلك، فقد أثبتت المدعمات التحفيزية البديلة، والقابلة للذوبان في الماء، أنها فعالة في عملية نمو الأنابيب النانوية.
في حال تم إنتاج البلازما من خلال تطبيق مجالٍ كهربائيٍ قويٍ خلال عملية النمو (ترسب كيميائي مُدعم بالبلازما للبخار*)، فإن نمو الأنبوب النانوي سيتبع اتجاه المجال الكهربائي. وبتعديل بناء المفاعل، يصبح من الممكن تركيب الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة عمودياً  (بمعنى أن تكون الأنابيب متعامدةً على الركيزة)، وهو ذلك التكوين الذي يمثل مصدر شغفٍ واهتمامٍ للباحثين المهتمين في انبعاث الإكترون من الأنبوب النانوي. فبدون البلازما، غالباً ما تكون الأنابيب النانوية الناتجة عن عملية النمو عشوائية التوجه. كما أنه تحت بعض ظروف وشروط التفاعل، حتى مع غياب البلازما، فإن الأنابيب النانوية المتقاربة في المسافة ستظل محافظةً على اتجاه نموها العمودي الناجم عن الحزمة الكثيفة من الأنابيب المشابهة لسجادةٍ أو غابةٍ.
مما يجعلنا نقر أنه من بين كل الطرق المستخدمة لإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية، فإن عملية الترسب الكيميائي للبخار أثبتت أنها الأكثر وعيداً من أجل الترسب على الصعيد الصناعي، بسبب نسبة السعر/ الوحدة، وكذلك بسبب أن الترسب الكيميائي للبخار قادراً على إنماء الأنابيب النانوية الكربونية مباشرةً على الركيزة المرغوبة، في حين يجب أن يتم تجميع الأنابيب النانوية في طرق الإنماء الأخرى. حيث أن مواقع النمو يتم التحكم بها من خلال عملية الترسب الحذر للعامل المحفز. وفي عام 2007، قام فريقٌ من جامعة ميجو بإجراء عملية ترسيب كيميائية للبخار عالية الكفاءة من أجل إنماء الأنابيب النانوية الكربونية من الكافور. هذا وقد ركز الباحثون في جامعة رايس، تحت قيادة ريتشارد سمولي حتى وقتٍ قريبٍ، على إيجاد طرقٍ لإنتاج كمياتٍ ضخمةٍ ونقيةٍ من أنواعٍ معينةٍ من الأنابيب النانوية. حيث ساعدت منهجيتهم على إنماء أليافٍ من العديد من البذور الصغيرة والمقطوعة من أنبوب نانوي فردي؛ وكانت كل الألياف الناتجة عن تلك العملية لها نفس القطر كالأنبوب النانوي الأصلي الذي تم أخذ العينات منه ومن المتوقع لها أن تكون من نفس النوع الذي ينتمي إليه هذا الأنبوب النانوي الأصلي.

بيئات اللهب الطبيعية، العرضية والمضبوطة

ليس بالضرورة أن يتم تصنيع أو إنتاج الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية في المعامل عالية التقنية؛ حيث أنها غالباً ما تتشكل في مثل تلك الأماكن الدنيوية كألفحة لهبٍ عاديةٍ،  تُنْتَجُ من خلال حرق الميثان،  الإيثيلين،  والبنزين،  كما أنها وُجِدَت كذلك في السناج من الهواء الموجود داخل وخارج المنزل. على الرغم من ذلك، فإن تلك التنوعات التي تحدث طبيعياً قد تكون غير منتظمةٍ بدرجةٍ عاليةٍ في الحجم والجودة بسبب أن البيئة التي يتم إنتاجها فيها غالباً ما لا يمكن التحكم فيها وضبطها. ومن ثم، فعلى الرغم من أنه يمكن استخدامها في بعض التطبيقات، إلا أنها تفتقر إلى درجةٍ عاليةٍ من الاتساق اللازم لإرضاء جميع المتطلبات في مجالي الأبحاث والصناعة. مع ملاحظة أن الجهود الحالية تركزت حول إنتاج أنابيب نانوية كربونية أكثر إتساقاً في بيئات اللهب المضبوطة. وتتسم تلك الطرق بأنها واعدةً على قطاعٍ عريضٍ، كما أنها رخيصة التكلفة وينتج عنها أنابيب نانوية كربونية رخيصة الإنتاج، وذلك على الرغم من أنه يجب أن تتنافس مع الأنابيب النانوية الكربونية المنتجة بواسطة طريقة الترسيب الكيميائي للبخار واسعة الانتشار والمتنامية بسرعة.

قضايا مرتبطة بالتطبيق

تعتمد العديد من التطبيقات الإلكترونية للأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ دقيقة على أساليب إنتاج كلٍ من الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية بصورةٍ اختياريةٍ، ويُفَضَّلُ أن تكون لها يدوانيةً معينةً. مع ملاحظة أن العديد من طرق فصل الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية معروفة، إلا أن معظمها ما زال غير مناسباً للعمليات التقنية على صعيدٍ واسع. حيث تعتمد أكثر طريقةٍ ذات كفاءةٍ على عملية التنبيذ الفائق متدرج الكثافة والتي تفصل الأنابيب النانوية ملفوفة -السطح بواسطة الاختلاف الصغير في كثافتها. وغالباً ما يتحول هذا الاختلاف في الكثافة إلى اختلافٍ في أقطار الأنابيب النانوية وخصائصها (شبه) الموصلة. ومن الطرق الأخرى للفصل تلك التي تقوم على استخدام تسلسل عملية التجميد، ثم الذوبان، ثم ضغط الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار التي تمثل جزءً لا يتجزء من هلام الأغاروز (بالإنجليزية: agarose). وينتج عن تلك العملية محلولاً يحتوي على 70% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار ويُخَلِّفُ الهلام محتوياً على 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات. ويظهر المحلول المخفف المنفصل بواسطة هذه الطريقة العديد من الألوان. علاوةً على ذلك، فمن الممكن أن تنفصل الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام طريقة كروماتوجرافيا العمود (بالإنجليزية: column chromatography). ونلاحظ أن الناتج الذي نحصل عليه يتمثل في صورة 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات و90% من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار معدنية النوع.
بالإضافة إلى فصل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات والمعدنية، فمن الممكن أيضاً تصنيف الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار اعتماداً على الطول، القطر، واليدوانية. وتم تحقيق أعلى تصنيف أعلى طول محلولٍ، مع تنوعٍ طوليٍ لأقل من 10%، من خلال كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي (بالإنجليزية:  size exclusion chromatography) لأنابيب نانوية كربونية مبعثرة في الحمض النووي. وقد تم فصل قطر الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار بواسطة تنبيذ فائق متدرج الكثافة  (بالإنجليزية:  density-gradient ultracentrifugation) من خلال استخدام الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار مبعثرة في عوامل الفعالية السطحية، وكذلك من خلال كروماتوغرافيا تبادل الأيون لما بين الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار والحامض النووي كما تم تنقية اليدوانيات المفردة كذلك بواسطة كروماتوغرافيا تبادل الأيون لما بين الأنابيب النانوية الكروبنية أحادية الجدار والحمض النووي. (بالإنجليزية:  ion-exchange chromatography (IEC) for DNA-SWNT): حيث يمكن استخدام قليل وحدات الحمض النووي القصير الخاص لعزل يدوانيات الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار المفردة. ومن ثم، فقد تم عزل حتى الآن 12 يدوانية بنقاوات تتراوح من 70% ما بين (8.3) و(9.5) أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار إلى 90% للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (6.5)، (7.5) و(10.5). هذا وقد بُذِلَت جهودٌ ناجحةٌ لدمج هذه الأنابيب النانوية المنقاة داخل الأجهزة ومنها على سبيل المثال الترانزستور الحقلي.
تمثل تطوير وتنمية النمو الانتقائي للأنابيب النانوية الكربونية أشباه الموصلة أو المعدنية إحدى البدائل لعملية الفصل. كما تم الإعلان مؤخراً عن وصفةٍ جديدةٍ لطريقة الترسيب الكيميائي للبخار والتي تتضمن خليطاً أو مزجاً من أبخرة الإيثانول والميثانول بالإضافة إلى ركائز الكوارتز، منتجةً جميعها حزماً مصطفةً أفقياً بنسبة 95- 98% أنابيب نانوية كربونية من أشباه الموصلات.
وغالباً ما تنمو الأنابيب النانوية على الجسيمات النانوية للمعادن الممغنطة ومنها (الحديد والكوبلت)، والتي تُسَهِلُ إنتاج الأجهزة الإلكترونية (المعتمدة على اللف المغزلي). حيث أنه تم تحقيق ضبط للتيار في مثل تلك الأنابيب النانوية أحادية الأنبوب من خلال الترانزستور الحقلي بواسطة المجال المغناطيسي.

بنيوية

ونتيجة الخصائص الميكانيكية الفائقة للأنابيب النانوية الكربونية، فمن المقترح أن تنافس الهياكل المتعددة، والمتمثلة في تلك الحاجات المستخدمة في مجالات الحياة اليومية من ملابس وأدوات الرياضة، السترات والمصاعد الفضائية. بيد أن المصاعد الفضائية ستتطلب المزيد من الجهود المبذولة لتنقية تقانة الأنابيب النانوية الكربونية، حيث يمكن حينئذٍ تحسين وتطوير قوة الشد العملية للأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ كبيرةٍ.
ومن أجل التوقعات المستقبلية، تم صياغة العديد من الأفكار العلمية البارزة. حيث أظهرت الجهود الرائدة لراي بومان، في معهد نانو تيك، أن الأنابيب النانوية فردية ومتعددة الجدران لها القدرة على إنتاج موادٍ لها صلابةٍ لا تقارن بما صنعه الإنسان وبما هو موجود في الطبيعة كذلك.

في الدارات الكهربائية

تم تصنيع مقاحل الأنابيب النانوية والمعروفة كذلك باسم ترانزستورات المفعول المجالي CNTFET لتقوم بمهام عملها في درجة حرارة الغرفة، بالإضافة إلى أنها قادرةٌ كذلك على التحول الرقمي باستخدام إلكترونٍ واحدٍ. على الرغم من ذلك، ترجع العقبة الرئيسية في الحصول على الأنابيب النانوية الكربونية إلى الافتقار إلى التكنولوجيا في الإنتاج الشامل. أوضح باحثوا شركة آي بي إم في عام 2001 كيفية تدمير الأنابيب النانوية المعدنية، مُخَلِّفِين وراءهم أنابيباً نانويةً من أشباه الموصلات بهدف استخدامها كمقاحل. ويُطلق على تلك العملية "التدمير البنائي" والتي تتضمن التدمير التلقائي للأنابيب النانوية المعيبة المتواجدة على الرقاقة. إلا أنه على الرغم من ذلك، فلا تمنحنا تلك العملية سوى ضبطاً للخصائص الكهربائية على صعيدٍ إحصائيٍ.
هذا وقد ظهرت احتمالية استخدام الأنابيب النانوية الكربونية في عام 2003، عندما أفادت التقارير تطوير ترانزستورات باليستية لها نقاط تماس معدنية أومية لها ثابت عزل مرتفع (بالإنجليزية: High-k dielectric)، مما يُظْهِرُ قدرتها الفائقة بـ 20-30 مرةً (على) التيار عن السيليكون المستخدم في MOSFET. وقد مثَّلَ هذا التقدم طفرةً في مجال الأنابيب النانوية الكربونية والذي سمح بأن يُنْظَرُ إليها على أنها تفوق السيليكون في الأداء. ومن هذا المنظور، اتضح أن البالاديوم، والذي يتسم بأنه معدنٌ له دالة شغل مرتفعة، له القدرة على تشكيل نقاط اتصال بدون حاجز شوتكي (بالإنجليزية: Schottky barrier) مع الأنابيب النانوية الكربونية من أشباه الموصلات ذات الأقطار> 1.7 نانومتراً.
وتم دمج أول أنبوب نانوي في دارةٍ للذاكرة عام 2004. إلا أن واحداً من التحديات تمثل في تنظيم قدرة الأنابيب النانوية على التوصيل. وبالاعتماد على الخصائص السطحية الفريدة للأنبوب النانوي، فإنه قد يعمل كموصلٍ بسيطٍ للكهرباء أو حتى كشبيه للموصلات. كما تم تطوير طريقةٍ آليةٍ تماماً للتخلص من أنابيب أشباه الموصلات.
ومن الطرق الأخرى لتصنيع مقاحل الأنابيب النانوية الكربونية استخدام الشبكات العشوائية الخاصة بهم. وعند القيام بذلك، يستطيع المرء أن يوجد معدلاً لكل اختلافاتها الكهربائية بالإضافة إلى أنه ستكون له القدرة كذلك على إنتاج أجهزةٍ واسعة النطاق على مستوى الرقاقة. وكانت شركة نانوميكس هي الأولى التي حصلت على براءة اختراعٍ لذلك المنتَج. (ويرجع تاريخ التطبيق الأصلي إلى يونيو 2002 ). حيث أن مختبر أبحاث البحرية الأمريكي (بالإنجليزية: United States Naval Research Laboratory) هو أول من نشر ذلك التطبيق في الدوريات الأكاديمية المتخصصة في عام 2003 عبر العمل البحثي المستقل. كما مكن هذا المُدْخَل كذلك شركة نانوميكس لأن تقوم بإنتاج أول مقحلٍ على ركيزةٍ ثابتةٍ ومتحركةٍ.
كما يمكن استخدام الهياكل كبيرة الحجم من الأنابيب النانوية الكربونية في عمليات المعالجة الحرارية للدارات الإلكترونية. حيث استخدمت طبقة من الأنابيب النانوية الكربونية ذات سمكٍ وصل إلى 1 نانومتراً كمادةٍ خاصةٍ في تصنيع المبردات، حيث تتسم تلك المادة بأن لها كثافةً منخفضةً جداً، ~20 مرةً في الوزن عن مثيلاتها من بنية أو هيكل النحاس، في حين تكون الخصائص المُبَرِّدة متشابهةً للمادتين كلتيهما.
وإجمالاً، لم يتم حتى وقتنا هذا دمج الأنابيب النانوية الكربونية كمقاحلٍ ضمن دارات البوابات المنطقية ذات الكثافات المتوافقة مع تقانة شبه موصل أكسيد الفلز المكمل الحديثة.

كبطاريات ورقية

البطارية الورقية عبارة عن بطارية ينبع تصميمها من استخدام صفيحة رقيقة من الورق المصنع من السليولوز (والذي يمثل المقوم الرئيسي للورق العادي، فيما بين بعض العناصر الأخرى) والمدمج أو المغروس مع الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة معاً. وهنا تلعب الأنابيب النانوية دور الأقطاب الكهربائية؛ مما يسمح لأجهزة التخزين بتوصيل الكهرباء. وتوفر البطاريات، والتي تعمل على شكلين؛ كبطارية أيون- الليثيوم وكمكثفٍ فائقٍ (بالإنجليزية: supercapacitor)، بإمكانه تزويد طاقة طويلة الأمد وثابتة، عند مقارنتها بالبطارية التقليدية.

الخلايا الشمسية

استخدمت الخلايا الشمسية المتطورة في معهد نيوجرسي للتقنية (بالإنجليزية: New Jersey Institute of Technology) أنبوباً نانوياً كربونياً، والمكون من خليطٍ من الأنابيب النانوية الكربونية وكريات بوكي الكربونية (والمعروفة باسم الفوليرينات)، والهادفة إلى تشكيل هياكل شبيهة بالثعابين. وتحتجز كريات البوكي الإلكترونات، على الرغم من أنها لا تستطيع أن تجعل الإلكترونات تتدفق، بحيث أن تسليط أشعة الشمس سيسبب استثارة للمبلمرات، بالمقابل فإن كريات البوكي ستحتجز الإلكترونات. ومن ثم تستطيع أنابيب النانو، والتي تسلك كأسلاك النحاس، أن تجعل الإلكترونات أو التيار يتدفق حينئذٍ.

المكثفات الفائقة

يستخدم مختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للأنظمة الإلكترونية والكهرومغناطيسية الأنابيب النانوية لتحسين المكثفات الفائقة (بالإنجليزية: ultracapacitor). حيث يحتوي الفحم المنشَّط المستخدم في المكثفات الفائقة التقليدية على العديد من الفراغات المجوفة بأحجامٍ مختلفةٍ، والتي تنتج مع بعضها البعض مسطحاً ضخماً لتخزين الشحنة الكهربائية. إلا أنه وبما أن الشحنة يتم تثبيت قيمتها الحجمية إلى شحناتٍ ابتدائيةٍ، كما هو الحال في الإلكترونات، وأن كل شحنةٍ ابتدائيةٍ تتطلب حد أدنى من المساحة، فإن جزءً كبيراً وهاماً من سطح القطب يكون غير متاحٍ للتخزين بسبب أن المساحات الفارغة ليست متوافقةً مع متطلبات الشحنة. إلا أنه مع استخدام قطب الأنبوب النانوي، قد لا يتم تجزئة المساحات إلى أخرى أصغر حجماً أو أكبر مما هو مطلوب – ومن ثم فمن المفترض زيادة الكفاءة اعتباراً لذلك.

تطبيقات أخرى

طُبِقَت الأنابيب النانوية الكربونية في الأنظمة الكهرونانوميكانيكية، ومنها عناصر الذاكرة الميكانيكية (ذاكرة الوصول العشوائي النانوية، والتي طورتها شركة نانتيرو (بالإنجليزية:  Nantero Inc)) وكذلك محركات النانو الكهربائية (انظر محرك نانوي).
وفي عام 2005، عرضت شركة نانوميكس في الأسواق مستشعراً هيدروجينياً والذي يتسم بأنه يدمج الأنابيب النانوية على أرضيةٍ من السيليكون. ومنذ ذلك الحين، حصلت شركة نانوميكس على براءات اختراعٍ للعديد من تطبيقات المستشعر ومنها مثلاً تلك في مجال استكشاف ثاني أكسيد الكربون، أكسيد النيتروز، الغلوكوز، والحامض النووي...إلخ.
ونتيجة الأبحاث التي أجريت في جامعة كاليفورنيا، أظهرت ريفرسايد أن أنابيب النانو الكربونية تُشكل سقالة ملائمة لتكاثر الخلايا البانية للعظم (بالإنجليزية: osteoblast proliferation) وتكوين العظام كذلك.
وبمعاونة كلٍ من شركة "إيكوس" التابعة لفرانكلين، بماساتشوستس، وشركة "يونيديم" في وادي السيلكون، أصبح بالإمكان تطوير أغشية رقيقة من الأنابيب النانوية الكربونية، تتسم بأنها شفافة وموصلة كهربائياً، بهدف أن تحل محل أكسيد إنديوم قصدير. وتتسم أغشية الأنابيب النانوية الكربونية الرقيقة تلك بأنها قوية ومتينة ميكانيكياً عن أغشية أكسيد إنديوم قصدير، مما يجعلها مثاليةً لأن تُستخدم في تصنيع شاشات اللمس عالية الدقة والصلابة وكذلك شاشات العرضٍ المرنة. كما أن أحبار الأنابيب النانوية الكربونية ذات الأساس المائي والقابلة للطباعة هي المفضلة في إنتاج مثل تلك الأغشية الرقيقة لتحل محل أكسيد إنديوم قصدير. مما جعل من أغشية الأنابيب النانوية الرقيقة واعدةً للاستخدام في مجال تصنيع شاشات الكمبيوتر، الهواتف الخلوية، المساعد الرقمي الشخصي وكذلك آلات الصراف الآلي.
الراديو النانوي (بالإنجليزية: nanoradio)، هو مستقبل راديو يتكون من أنبوب نانوي فردي، حيث تم وصفه في 2007. وفي عام 2008 تم توضيح أن صفيحةً من الأنابيب النانوية لها القدرة على العمل كمكبر صوتٍ في حال تطبيق تيار متناوب. مع ملاحظة أن الصوت لا يُنْتَج بواسطة الاهتزازات ولكن بصورة صوتيات ثرموديناميكية (بالإنجليزية: thermoacoustics).
ونتيجة قوة ومتانة الأنابيب النانوية الكربونية العالية، فقد اتجهت الأبحاث إلى نسجها مع الأقمشة لصناعة قماشٍ مقاومٍ للطعناتٍ ومضادٍ للرصاص. حيث أنه سيكون للأنابيب النانوية الكربونية القدرة بفعالية على منع الرصاص من اختراق الجسم، على الرغم من أن الطاقة الحركية للرصاص قد يتجم عنها تكسرٍ للعظام أو نزيفٍ داخليٍ.
كما أن للحدافة (دولاب الموازنة) المصنوعة من الأنابيب النانوية الكربونية القدرة على الدوران، في حالة السرعات العالية الحادة، على محورٍ مغناطيسي عائمٍ في الفراغ، ومن المحتمل أن تقترب عملية تخزين الطاقة في الكثافة من أنواع الوقود الأحفورى التقليدية.ونتيجة أن الطاقة يمكن إضافتها أو التخلص منها في الحدافات بكفاءةٍ في صورة كهرباء، فإن هذا قد يعرض طريقةً لتخزين الكهرباء، مما يجعل الشبكات الكهربائية أكثر كفاءةٍ في عملها وتجعل من موارد الطاقة المتعددة (كمولدات طاقة الرياح) أكثر فائدةً في مواجهة متطلبات الطاقة المختلفة. وهنا نلاحظ أن كيفية تحقيق هذا عملياً تتمد بصورةٍ كبيرةٍ على تكلفة تصنيع هياكل الأنابيب النانوية الكتلية غير المتكسرة، بالإضافة إلى معدل فشلها على العمل تحت الجهد.
كما اسْتُخْدِمَت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار متناهية القصر ككبسولاتٍ نانويةٍ لتوصيل عوامل الرنين المغناطيسي كمادة تباينٍ حيويةٍ.
كما أنه من المحتمل أن تحل الأنابيب النانوية الكربونية المشابة بالنيتروجين محل حفازات البلاتين المستخدمة لاختزال الأكسجين في خلايا الوقود. حيث قد تستطيع غابة من الأنابيب النانوية المصطفة عمودياً من اختزال الأكسجين في المحلول القلوي بصورةٍ أكثر فعاليةٍ من البلاتين، والذي اسْتَخْدِمَ في مثل تلك التطبيقات منذ الستينات من القرن العشرين. وهنا نلاحظ أن الأنابيب النانوية تستمتع بفائدة عدم خضوعها للتسمم بأول أكسيد الكربون.

الاكتشاف

كتب كلٌ من مارك مونثيوكس وفلاديمير كوزنيتسوف في إحدى المقالات الافتتاحية بجريدة "كربون" عام 2006 عن أصل الأنابيب النانوية الكربونية المثير والذي كثيراً ما يساء تحديده. حيث تعزو العديد من الأدبيات البحثية الشهيرة والأكاديمية اكتشاف الأنابيب المجوفة النانوية والمكونة من الكربون الغرافيتي إلى "سوميو إيجيما" العامل بشركة إن إي سي عام 1991.
وفي عام 1952 نشر كلٌ من "ل. ف. رودوشكوفيتش" و"ف. م. لوقانوفيتش" صوراً واضحةً لأنابيب نانوية ذات أقطار 50 نانو مصنوعة من الكربون في منشور الكيمياء الفيزيائية السوفيتي. إلا أن هذا الاكتشاف لم يلق الاهتمام بصورةٍ كبيرةٍ، خاصة أن المقالة كانت قد نُشِرَت باللغة الروسية، كما أن وصول العلماء الغربيين إلى الصحافة السوفيتية كان محدوداً خلال فترة الحرب الباردة. لذلك فمن المرجح أنه تم إنتاج الأنابيب النانوية قبيل ذلك التاريخ، إلا أن اختراع المجهر الإلكتروني النافذ سمح برؤية تلك الهياكل النانوية مباشرةً.
وكانت الأنابيب النانوية الكربونية قد تمت ملاحظتها وإنتاجها تحت بعض الظروف المتنوعة قبيل ذلك التاريخ 1991. حيث أظهرت دراسةٌ أجراها كلٌ من أوبرلين، إندو وكوياما، والتي نُشِرَت عام 1976، بوضوح أليافاً نانويةً كربونيةً ذات أقطارٍ نانويةٍ الأبعاد باستخدام أسلوب النمو البخاري. هذا بالإضافة إلى أن المؤلفين عرضوا صورةً بالمجهر الإلكتروني النافذ لأنبوب نانوي يتكون من حائطٍ واحدٍ من الغرافين. في حين أشار إندو لاحقاً إلى تلك الصورة على أنها لأنبوب نانوي أحادي الجدار (كما هو معروف حالياً).
في حين قدم جون أبراهامسون في عام 1979 دليلاً من الأأنابيب النانوية الكربونية في مؤتمر بينيل الرابع عشر للكربون في جامعة ولاية بنسيلفانيا (بالإنجليزية: Pennsylvania State University). حيث قدمت ورقة المؤتمر البحثية وصفاً للأنابيب النانوية الكربونية على أنها أليافاً كربونيةً تم إنتاجها على أقطاب الكربون خلال عملية تفريغ شحنة القوس. كما تم تقديم تشخيص لهذه الألياف بالإضافة إلى افتراض نموها في محيط نيتروجين تحت ضغط جوي منخفض.
وفي عام 1981، نشرت مجموعةٌ من العلماء السوفييت نتائجاً للتشخيص الكيميائي والبنائي التكويني للأنابيب النانوية الكربونية المنتجة بواسطة عدم التناسب التحفيزي الحراري (بالإنجليزية:  thermocatalytical disproportionation) لأحادي أكسيد الكربون. حيث افترض المؤلفين بناءً على الصور المستخدمة من المجهر الإلكتروني النافذ ونماذج حيود الأشعة السينية، أن "بلورات الكربون متعددة الطبقات الأنبوبية" تشكلت من خلال لف وطي طبقات الغرافين إلى اسطواناتٍ. كما توقعوا أنه بواسطة طي طبقات الغرافين إلى اسطوانات، فمن الممكن الحصول على تشكيلاتٍ شبكيةٍ سداسيةٍ متعددة الترتيبات للغرافين. كما اقترحوا كذلك إمكانيتين لتلك الترتيبات وهما: الترتيبات الدائرية (الأنابيب النانوية أريكية الشكل) والحلزونية، وكذلك ترتيباتٍ حلزونيةٍ (ولكنها يدوانيةٍ أو كيراليةٍ).
أما في عام 1987، فقد نشر هوارد تينيت، بشركة "هايبريون للتحفيز" (بالإنجليزية: Hyperion Catalysis)، براءة اختراعٍ أمريكي لإنتاج "الألياف الكربونية اسطوانية الشكل المنفصلة" ذات "قطرٍ ثابتٍ يترواح بين 3.5 و70 نانومتراً تقريباً، في حين يصل طولها إلى 10²، ومنطقةً خارجيةً للطبقات المتعددة المستمرة من ذرات الكربون ومحوراً داخلياً مميزاً."
هذا وساعد اكتشاف "إيجيما" عام 1991 للأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران لأقطاب مادة الغرافيت المحروقة بالقوس الكهربائي وغير القابلة للذوبان، بالإضافة إلى تنبؤ كلٍ من "مينتيمير"، "دوبلان"، و"وايت" المستقل أن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار يمكن تصنيعها، حيث أنها قد تظهر خصائصاً موصلةً مميزةً، على خلق الضجة الإعلامية المصاحبة الآن لقضية الأنابيب النانوية الكربونية. كما تسارعت الأبحاث في مجال الأنابيب النانوية إثر تلك الاكتشافات المستقلة  لبيثيون في شركة آي بي إم  وإيجيما بشركة إن إي سي للأنابيب النمانوية الكربونية أحادية الجدار وطرق إنتاجها بصورةٍ خاصةٍ من خلال إضافة حفازات فلزية انتقالية للكربون في تفريغ القوس. وقد كان أسلوب تفريغ القوس معروفاً في إنتاج فوليرين بوكمينيستر المشهور وذلك على نطاق واسع نسبيا (كميات كبيرة نسبياً مقارنة مع التحضير المخبري القليل)،  كما ظهر أن تلك النتائج أدت إلى توسع مجرى الاكتشافات العَرَضية والتي انتهت بالفوليرين. إلا أنه لم يتم توقع الملاحظة الأصلية للفوليرينات في مطيافية الكتلة،  كما أنه تم استخدام أسلوب الإنتاج الشامل الأول بواسطة "كريتشمر" و"هافمان" لسنواتٍ عديدةٍ قبيل إدراك أنه ينتج الفوليرينات.
وما زالت قضية اكتشاف الأنابيب النانوية من القضايا الجدلية القائمة حتى الوقت الحالي. فالعديد يصدقون أن تقرير إيجيما في عام 1991 له أهميته الخاصة بسبب أنه جلب انتباه المجتمع العلمي ككل إلى الأنابيب النانوية الكربونية.