在超出弹性变形以后，碳纳米管呈现出较为特殊的塑性变形来改变形状以消除应力，即通 过Stone - Wales形变来完成。Stone - Wales形变在碳纳米管释放应力过程中，是产生较大塑 性变形的原因。碳纳米管的拉伸实验结果表明其强度为碳纤维的数倍以上。碳纳米管不仅具 有很高的强度，而且具有特别好的塑性。在透射电子显微镜观察中，可发现具有很大弯曲程度 的碳纳米管，尽管在其截面上发生了极大的扭曲变形，但仍未断裂，说明碳纳米管具有极大的 柔韧性，能够通过网格的结构变化来释放应力，不仅可以发生弹性变形，而且可以发生一定的 塑性变形，同时保持相当的强度而不断裂，这种特性使之特别适合于作高级复合材料的增强 材料。
综上所述，碳纳米管具有极高的强度、韧性和弹性模量。其弹性模量几乎与金刚石的弹性 模量相同，约为钢的5倍，其弹性应变约为5%，最高可达12%，约为钢的60倍，而它的密度只 有钢的1/6。碳纳米管无论是强度还是韧性，都远远优于其他纤维材料。将碳纳米管作为复 合材料增强体，可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，这可能带来复合材料的一次 飞跃。
碳纳米管的应用
碳纳米管具有很多独特的性能，它的潜在应用主要在以下几个方面：
作为扫描探针显微镜的探针
碳纳米管作为探针型电子显微镜的探针，是碳纳米管最接近商业化的应用之一。用碳纳 米管作为扫描隧道显微镜和原子力显微镜的探针，可以极大地提高显微镜的分辨率，而且碳纳 米管具有高弹性,在承受较大的负载时,不易发生脆断,可与被观察物体进行软接触，若为单壁 碳纳米管，还可以进入物体不光滑表面的凹坑处，能更好地显现物体的表面形态，用碳纳米管 作探针，扩展了原子力显微镜等探针型显微镜在蛋白质、生物大分子结构的观察和表征中的 应用。
在复合材料中的应用
碳纳米管具有非常大的长径比，是复合材料中理想的增强型纤维。碳纳米管的尺寸很小， 可以很方便地流过现有的树脂制造设备，从而制造出任何复杂形状的零件。传统的连续纤维 增强型材料刚性和强度比较好，并且密度也较低，但是制造成本过于昂贵，而且只能够制造简 单形状的工件,也无法制造出高强度材料，从而在应用上受到了极大的限制。而碳纳米管的长 径比很容易达到1 000以上，从理论上讲完全可以制造出更高强度、更高密度、低成本的复合 材料。
制备纳米电子器件
为进一步缩小微电子电路，需要分子电子器件。单壁碳纳米管最长可达20 cm,定向多壁 碳纳米管的长度也可达到几毫米，所以碳纳米管可作为导线、开关和记忆元件，应用于微电子 器件。在分子水平上对其进行设计和操作，可以推动传统器件的微型化。金属/半导体型碳纳 米管结具有二极管的特性，可以作为最小的半导体。
用于微型传感器
碳纳米管具有一定的吸附特性，由于吸附的气体分子与碳纳米管发生相互作用、改变其费 米能级而引起其宏观电阻发生较大改变，通过检测其电阻变化可检测气体成分，因此半导体性 单壁碳纳米管可用作气体分子传感器。与固体传感器相比，单壁碳纳米管化学传感器具有尺 寸小、反应更快和灵敏度较高等特性，并且单壁碳纳米管置于新环境或者通过加热后重新使 用。这类气体分子传感器可用于环境监控，化学反应控制、农业、医药等领域。
碳纳米管电动机械装置
将碳纳米管浸泡于电解质中，随外加电压的变化其长度会发生规律性伸展或收缩，这些动 作肉眼都可以观察到。迄今为止，没有任何材料具有如此优良的伸缩特性，而且在电压较低时 就可以产生较大的机械拉伸。利用这种特性，可用碳纳米管制造人造肌肉纤维，把它用于人类 的移植和修复手术，还有可能作为未来机器人的运动构件，或者作为高灵敏度传感器材料。
制备场致发射平板显示器和冷发射阴极射线管
碳纳米管是一种优异的场致发射材料，它能够在相对较低的电压下长时间地发射电子，故 已将碳纳米管应用于高分辨率电子束器件。碳纳米管能够提供高度相干的电子光束，它能够 收集到所观察的物体的电子序列全息照片，其图像质量要比原子尺度的尖端发射所得到的照 片还要清晰，碳纳米管发射冷阴极具有更高的相干性，能够提供更狭窄的电子束，这必将在诸 如各种显示器设备的制造等方面引起重大变革。新一代平板显示器是采用真空微电子技术， 利用碳纳米管场致发射原理制作的矩阵寻址、高分辨率、髙效率、长寿命的场致发射平板显示 器。它还可以进一步用于军用飞机的数字仪表面板、宇宙飞船、空间工作站上的各种数字、图 像显示面板系统，直升机驾驶员用头盔式瞄准具和坦克、自动火炮等的瞄准与显示系统。另 外，碳纳米管的场发射性能还可用于微波放大器、真空电源开关、场发射电子枪、制版等技 术中。