碳是最通用的元素之一：它是形成大量化合物的基礎(chǔ)、擁有不同維數(shù)的同素異形體、能夠表現(xiàn)出許多不同的幾何結(jié)構(gòu)。因此，長期以來，碳材料在材料研究領(lǐng)域一直處于特殊的地位。雖然碳、金剛石和石墨的三維形式早已為人知悉，但直到1985年，人們才首次發(fā)現(xiàn)碳的低維碳同素異形體即準零維富勒烯。不久之后，在1991年，一維碳納米管引起了科學界的關(guān)注，2004年二維碳同素異形體石墨烯成為實驗現(xiàn)實。如今，科學家已經(jīng)能夠?qū)⒉煌奶冀Y(jié)構(gòu)組合到一起，制備出各種新型結(jié)構(gòu)，如富勒烯填充碳納米管（“豌豆莢”結(jié)構(gòu)）和富勒烯插層石墨烯的組合。