碳納米纖維(CNF)、氣相生長碳纖維(VGCF)或氣相生長碳納米纖維(VGCNF)是圓柱形納米結構，石墨烯層排列為堆疊的圓錐、杯或板。石墨烯層包裹成完美圓柱體的碳納米纖維稱為碳納米管。

碳具有高度的化學鍵合靈活性，這有助于形成許多穩定的有機和無機分子。元素碳具有許多同素異形體（變體），包括金剛石、石墨和富勒烯。雖然它們都由元素碳組成，但它們的性質差異很大。這強調了CNF的多功能性，其以熱、電、電磁屏蔽和機械性能增強而著稱。由于碳很容易以低成本獲得，因此CNF是復合材料的常用添加劑。CNF非常小，存在于納米尺度。原子介于0.1-0.5nm之間，因此需要專門的顯微技術，例如掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡來檢查CNF的特性。

催化化學氣相沉積(CCVD)或具有熱和等離子體輔助等變體的簡單CVD是制造VGCF和VGCNF的主要商業技術。在這里，氣相分子在高溫下分解，碳在過渡金屬催化劑的存在下沉積在基材上，隨后在催化劑顆粒周圍實現纖維的生長。通常，該過程涉及單獨的階段，例如氣體分解、碳沉積、纖維生長、纖維增稠、石墨化和提純，并產生中空纖維。納米纖維直徑取決于催化劑尺寸。用于制造VGCF的CVD工藝通常分為兩類：1)固定催化劑工藝（間歇式），和2)浮動催化劑工藝（連續式）。

在Tibbetts開發的批處理過程中，烴/氫/氦的混合物通過保持在1000°C的細鐵催化劑顆粒沉積物的富鋁紅柱石（結晶硅酸鋁）。使用的烴是濃度為15體積％的甲烷。在20秒的氣體停留時間下，僅需10分鐘即可實現幾厘米的纖維生長。一般來說，纖維長度可以通過反應器中的氣體停留時間來控制。氣流的重力和方向通常會影響纖維生長的方向。

連續或浮動催化劑工藝較早由Koyama和Endo獲得專利，后來由Hatano及其同事修改。這個過程通常產生具有亞微米直徑和幾到100μm長度的VGCF，這符合碳納米纖維的定義。他們利用溶解在苯等揮發性溶劑中的有機金屬化合物，當溫度升至1100°C時，會在碳氫化合物氣體中產生超細催化劑顆粒（直徑5-25nm）的混合物。在熔爐中，纖維在催化劑顆粒表面開始生長，并持續到催化劑因系統中的雜質而中毒。在Baker及其同事描述的纖維生長機制中，只有暴露在氣體混合物中的催化劑顆粒部分有助于纖維的生長，一旦暴露的部分被覆蓋，生長就會停止，即催化劑中毒。催化劑顆粒以大約百萬分之幾的最終濃度埋在纖維的生長尖端中。在這個階段，發生了纖維增稠。

最常用的催化劑是鐵，通常用硫、硫化氫等處理，以降低熔點并促進其滲透到碳的孔隙中，從而產生更多的生長位點。Fe/Ni、Ni、Co、Mn、Cu、V、Cr、Mo、Pd、MgO和Al2O3也用作催化劑。乙炔、乙烯、甲烷、天然氣和苯是最常用的含碳氣體。通常是一氧化碳(CO)被引入氣流中，以通過還原系統中可能的鐵氧化物來增加碳產率。

2017年，清華大學的一個研究小組報道了從碳納米管模板中定向、連續、無催化劑的碳納米纖維的外延生長。制造過程包括通過氣相熱解碳沉積加厚連續的碳納米管薄膜，并通過高溫處理進一步使碳層石墨化。由于外延生長機制，該纖維具有優異的性能，包括低密度、高機械強度、高導電性、高導熱性。

在2013年毒理學會年度會議之前進行的另一項研究旨在確定與多壁碳納米管(MWCNT)相關的潛在致癌作用。研究結果表明，在引發劑化學物質存在的情況下，MWCNTs在小鼠中引起了更高的腫瘤發病率。然而，沒有跡象表明在沒有引發劑化學物質的情況下腫瘤的存在增加。這種情況需要進一步研究。

識別與CNF相關的危害的主要障礙之一是存在的纖維的多樣性。造成這種多樣性的一些因素包括形狀、大小和化學成分。一項暴露標準(2015)規定，CNT和CNF暴露的可接受限值為1μg/m3的可吸入尺寸分數元素碳（8小時時間加權平均值）。該標準基于從通過透射電子顯微鏡(TEM)分析樣品的14個地點收集的信息。

最近的安全數據表(SDS)forCNF（2016年修訂）將納米纖維列為眼睛刺激物，并指出它們具有單次接觸呼吸系統器官毒性。較小的CNF在處理時具有更大的形成塵云的可能性。因此，在處理CNF時必須非常小心。推薦用于處理CNF的個人防護設備(PPE)包括丁腈手套、防顆粒物呼吸器和納米材料防滲服（取決于工作場所條件）。除了在使用CNF時進行暴露控制外，安全的儲存條件對于xxx限度地降低與CNF相關的風險也很重要。安全的CNF儲存需要將纖維儲存在遠離氧化劑和明火的地方。在火災條件下，CNF會形成危險的分解產物，盡管這些分解產物的確切性質目前尚不清楚。

• 研究人員正在使用納米纖維來提供治療藥物。他們開發了一種嵌入針狀碳納米纖維的彈性材料。該材料旨在用作氣球，將其插入下一個患病組織，然后充氣。當氣球對碳充氣時，納米纖維會穿透患病細胞并輸送治療藥物。麻省理工學院的研究人員使用碳納米纖維制造鋰離子電池電極，其存儲容量是當前鋰離子電池的四倍。研究人員正在使用納米纖維制造可在吸收化學蒸汽時改變顏色的傳感器。他們計劃使用這些傳感器來顯示防毒面具中的吸收材料何時飽和。
• 這些多孔碳納米纖維的獨特結構在用作可充電鋰離子電池的負極時，具有良好的電化學性能，例如高可逆容量和良好的循環穩定性。
• 進一步的市場發展將取決于價格合理的材料供應情況。我們通過催化化學氣相沉積(CCVD)工藝以低成本實現了高純度碳納米纖維(CNF)的批量生產能力。
• 與催化合成不同，靜電紡絲聚丙烯腈（PAN）隨后穩定化和碳化已成為制造連續碳納米纖維的直接便捷途徑。
• 場電子發射源
  • 場電子發射（也稱為場發射(FE)和電子場發射）是由靜電場感應的電子發射。最常見的情況是從固體表面到真空的場發射。然而，場發射可以從固體或液體表面發生到真空、空氣、流體或任何非導電或弱導電電介質中。電子從半導體的價帶到導帶的場致促進（齊納效應）也可以看作是場發射的一種形式。
• 復合材料
• 掃描探針顯微鏡提示
  • 掃描探針顯微鏡(SPM)是顯微鏡的一個分支，它使用掃描樣本的物理探針形成表面圖像。
• 石油化工中各種催化劑的載體材料
• 在垂直排列的陣列中，基因傳遞的平臺。（見穿孔）
  • Impalefection是一種使用納米材料（如碳納米纖維、碳納米管、納米線）進行基因傳遞的方法。針狀納米結構垂直于基底表面合成。用于細胞內遞送的含有基因的質粒DNA附著在納米結構表面。然后將帶有這些針陣列的芯片壓在細胞或組織上。被納米結構刺穿的細胞可以表達所傳遞的基因。
• 用于電極材料
• 溢油修復
  • 溢油修復：碳-碳-復合材料的制造方法包括用含金屬催化劑材料處理碳質載體材料的步驟。該金屬能夠形成納米級碳結構，并且能夠通過化學氣相沉積方法在包含含碳氣體的氣體氣氛中在處理過的載體上生長納米級碳結構，隨后是可選的表面改性步驟。該過程允許優化孔隙率、流體動力學性質和表面化學，彼此獨立，這對于使用復合材料進行水凈化特別有益。炭黑基復合材料特別適用于填料應用。