盡管納米碳管的研究在制備技術(shù)上已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展，但是在理論上對(duì)單壁和多壁納米碳管的生長(zhǎng)機(jī)理的理解還相對(duì)滯后。要制備單壁納米碳管必須使用過(guò)渡族金屬催化劑，而制備多壁納米碳管時(shí)并不需要，這說(shuō)明單壁納米碳管和多壁納米碳管的生長(zhǎng)機(jī)制是不同的。在每種合成方法中，碳源在過(guò)渡族金屬催化劑中的富集觸發(fā)單壁納米碳管的形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳管的直徑分布取決于催化劑的成分，生長(zhǎng)溫度和其他生長(zhǎng)條件。電弧法和激光蒸發(fā)法所得的碳管樣品非常類似，因此，對(duì)單壁納米碳管的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)機(jī)制是相同的。生長(zhǎng)機(jī)制不應(yīng)該強(qiáng)烈地依賴于實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，而應(yīng)更多地取決于非平衡條件下碳的析出動(dòng)力學(xué)，在沒有催化劑作用下就不能生長(zhǎng)出單壁納米碳管，因此，對(duì)合成單壁納米碳管生長(zhǎng)的準(zhǔn)確機(jī)理仍是目前爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。
　　用催化劑法生長(zhǎng)碳纖維的研究表明，纖維的生長(zhǎng)始于催化劑粒子表面的面的碳析出，而終止于雜質(zhì)或穩(wěn)定的碳化物形成所引起的催化劑中毒，從能量角度來(lái)考慮，在纖維的生長(zhǎng)過(guò)程中，所形成的新表面傾向于在石墨能量較低的基面析出，而不是在能量較高的棱面析出，這就是碳纖維形成管狀特征的原因所在。但是，石墨層的彎曲在成核和生長(zhǎng)的自由能等式中引入了附加的彈性能項(xiàng)，導(dǎo)致了碳纖維直徑的最小值約為10nm。納米碳管的直徑比該閾值小得多，這說(shuō)明碳纖維的生長(zhǎng)機(jī)制不能夠完全解釋納米碳管的形成，我們必須考慮新的機(jī)制。應(yīng)該注意到，多壁納米碳管與碳纖維的生長(zhǎng)有顯著不同。在多壁納米碳管生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)催化劑顆粒或任何外部介質(zhì)的作用。另外，與碳纖維的開口端或金屬顆粒的終止端相比，多壁納米碳管的頭部常常是封閉的，一個(gè)重要素的問(wèn)題自然地被提出了，那就是在生長(zhǎng)過(guò)程中碳管是一直保持開口還是一直保持閉口。