碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是由碳原子构成的具有中空管状结构的一维纳米材料，其原材料本质上是碳元素。以下从原材料具体形式、制备原料拓展及碳源选择依据等方面详细说明：
一、碳纳米管的核心原材料：碳元素
碳纳米管的结构可看作是石墨烯片层卷曲形成的无缝中空管，因此其原材料的核心是碳。在实际制备中，碳元素通常以以下形式存在：
固态碳源：
石墨：自然界中碳的稳定存在形式之一，常用于化学气相沉积（CVD）等制备方法中，通过高温分解或催化转化为碳纳米管。
炭黑：一种富含碳的粉末状材料，可作为碳源参与反应。
碳纤维：以碳为主要成分的纤维材料，在特定工艺中可转化或辅助生成碳纳米管。
气态或液态碳源：
甲烷（CH₄）、乙炔（C₂H₂）：常见的气态碳氢化合物，在 CVD 过程中，高温下分解出碳原子，经催化生长为碳纳米管。
乙醇（C₂H₅OH）、丙酮（C₃H₆O）：液态碳源，通过汽化后参与反应，为碳纳米管的生长提供碳元素。
二、制备碳纳米管的常见原料体系
不同制备方法中，碳源与辅助材料的搭配不同，常见体系如下：
制备方法
主要碳源
辅助材料
应用场景
化学气相沉积法（CVD） 甲烷、乙炔、乙醇等 催化剂（如 Fe、Co、Ni 纳米颗粒）、载气（H₂、Ar） 大规模生产、可控性高
电弧放电法 石墨电极 惰性气体（He、Ar）、金属催化剂（如 Fe、Ni） 早期实验室制备，纯度较高
激光蒸发法 石墨靶（含金属催化剂） 惰性气体（Ar）、冷却系统 高纯度碳纳米管制备，成本较高
固相热解法 聚合物（如聚酰亚胺） 催化剂、惰性气氛 特殊结构碳纳米管的定制化合成
三、碳源选择的关键因素
碳源活性：气态碳源（如甲烷）在高温下分解效率高，适合快速生长碳纳米管；固态碳源（如石墨）需更高温度或催化剂激活。
成本与可行性：CVD 法中乙醇、甲烷成本低，适合工业生产；激光蒸发法因依赖昂贵设备和高纯石墨，多用于科研。
产物调控：碳源的种类和浓度会影响碳纳米管的直径、长度及手性（如锯齿型、扶手椅型），例如甲烷在特定催化剂下易生成单壁碳纳米管。
四、延伸：碳纳米管的原料拓展与前沿研究
生物质碳源：近年来研究尝试以生物质（如秸秆、蔗糖）为原料，通过碳化和催化转化制备碳纳米管，实现绿色可持续生产。
复合原料体系：为调控碳纳米管的性能（如导电性、机械强度），可在原料中加入其他元素（如 B、N）进行掺杂，形成硼 / 氮掺杂碳纳米管。
总结
碳纳米管的原材料本质是碳元素，以固态（石墨、炭黑等）或气态 / 液态（碳氢化合物）形式参与制备，搭配催化剂和辅助材料，通过不同工艺生长为纳米级管状结构。其原料选择需兼顾成本、工艺可行性及产物性能调控，而绿色碳源和掺杂技术是当前研究的热点方向。
