可根据每个CNT所含的层数对CNT进行分类。
与SWCNT相比，研究人员对MWCNT进行的实验观察更加确凿。这得归功于一个事实———MWCNT的发现比SWCNT更早。与MWCNT相比，SWCNT的调查和研究数据出现得更晚，而且相对于实验性而言，这些数据更多是概念性的。图16.3所示为各类CNT，其分类标准是单个CNT所含的层数。
16.2.1.1 多壁碳纳米管
MWCNT由直径不同的同轴圆柱体构成。MWCNT首先在电弧放电箱内部的阴极灰中被发现，它是阴极表面上一种硬的石墨沉淀物。在阴极灰中，MWCNT呈束状，且和其他各种石墨结构混在一起。Iijima[2]对MWCNT进行了首次研究观察，观测数据表明MWCNT的各层相互分开，且间距为0.34nm。高分辨率的透射电子显微镜数据显示，MWCNT的最外层圆柱直径在2.5～30nm，其长度大概在几纳米到几毫米。
沿着其长度方向，大多数MWCNT并未保持其原始层数，即同轴圆柱体数目沿着长度方向减小。发生这种现象的原因是，沿其长度方向经过一定长度后，MWC-NT的最内层壁面就会开始合并，其他内层壁面也会逐渐合并。
CNT中心孔的有效加盖导致了其层数的减少。覆盖终端形状各异，且这些形状可由高分辨率的透射电子显微镜显示。图16.4所示为MWCNT加盖的示意图。
图16.3 描述CNT层次性质的截面图（图中，N为构成每个CNT的层数）
a）单壁碳纳米管 b）双壁碳纳米管 c）四层壁碳纳米管 d）五层壁碳纳米管
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图16.4 MWCNT纵断面的加盖现象
a）N＝3的MWCNT，加盖后N＝2 b）N＝9的MWCNT，覆盖多个端盖后N＝6
16.2.1.2 双壁碳纳米管
尽管双壁碳纳米管（DWCNT）可划分为MWCNT的子类，但其特性却更类似于SWCNT。然而，这种双壁性质给予了它们特殊的电气、化学和机械特性。这使得它们在某些应用上是独一无二的。DWCNT与同轴电缆类似。同轴电缆的外层覆盖物为其内芯提供隔离层，同理，DWCNT的外管将内管与环境因素隔离，从而维持它的纯正。换句话说，在不影响内芯的前提下，外管成为了DWCNT与外界电气或气体实验系统之间的界面。此外，外管还能用作各种官能团的良好宿主，因此，这使得外壳成为很好的功能表面，而将内管主要留作电子转移的通道。
人们正在探究把DWCNT用作分子轴承和圆柱分子电容的可能性[11]。许多研究小组已深入调查了DWCNT的电子和结构性能，且发现特定种类的DWCNT内的“电子秤动”耦合有可能实现MWCNT的超导功能[12]。图16.3b所示为典型DWC-NT的截面图。
16.2.1.3 单壁碳纳米管
如前所述，SWCNT的发现晚于MWCNT。经过了大量的研究之后，科学研究组才宣布合成这种结构。最早的SWCNT由两个独立的团队分别合成，这两个团队中有来自日本NEC公司的Iijima和来自美国IBM加州公司的Donald Bethune。最初合成的SWCNT是缠绕的或卷曲的而不是直的、管状的，其直径仅为1nm，由碳碎片的若干微粒构成。之后，人们对SWCNT的合 成进行了大量研究，这提高了目前所合成SWCNT的质量。SWCNT常以阵列形式或紧密的束状形式出现。然而，Be-thune等人[13]已发现了单独出现的SWCNT。根据大多数研究推测，SWCNT的直径最可能循环变化。Ruoff和他的团队[14]观察到，由于独立管壁之间的范德华力，有时CNT的圆柱对称性被相邻管拉平了。高分辨率的透射电子显微镜图像表明，这种变形是沿着两个SWCNT的壁面接触区发生的。来自美国IBM纽约公司的另一个研究团队，则采用范德华力对基板上SWCNT的影响来支持他们的发现。他们的研究表明，基板上各SWCNT壁面之间的范德华力导致了SWCNT的径向和轴向变形，改变了每个纳米管的总体几何形状。SWCNT的这种变形可能会对吸附纳米管的电学性质造成更深远的影响。
典型SWCNT的截面示意图如图16.3a所示。
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