碳是最通用的元素之一：它是形成大量化合物的基础、拥有不同维数的同素异形体、能够表现出许多不同的几何结构。因此，长期以来，碳材料在材料研究领域一直处于特殊的地位。虽然碳、金刚石和石墨的三维形式早已为人知悉，但直到1985年，人们才首次发现碳的低维碳同素异形体即准零维富勒烯。不久之后，在1991年，一维碳纳米管引起了科学界的关注，2004年二维碳同素异形体石墨烯成为实验现实。如今，科学家已经能够将不同的碳结构组合到一起，制备出各种新型结构，如富勒烯填充碳纳米管（“豌豆荚”结构）和富勒烯插层石墨烯的组合。