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碳纳米纤维可以是空心的，也可以是实心的。碳纳米管实际上是一种由一层或多层石墨烯卷成的碳纳米纤维(中空)。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强、高模量纤维。它是由鳞片石墨微晶有机纤维沿纤维轴向堆叠而成，经炭化和石墨化处理后的微晶石墨材料。
纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比都有完全的优势。所以在复合材料（包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等）、门控场发射器件、电化学探针、超电容、催化剂载体、过滤材料等领域都有潜在的应用前景。炭纤维的拉伸弹性模量也随着高热处理温度和石墨化程度的升高而升高。但是其拉伸强度也将下降，这是因为在多晶材料中，晶界强度往往比晶粒内部强度小，所以初始裂纹大多存在于晶界处，且其在外力作用下扩展时，多沿晶界进行。目前在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。
