碳是最通用的元素之一：它是形成大量化合物的基礎、擁有不同維數的同素異形體、能夠表現出許多不同的幾何結構。因此，長期以來，碳材料在材料研究領域一直處于特殊的地位。雖然碳、金剛石和石墨的三維形式早已為人知悉，但直到1985年，人們才首次發現碳的低維碳同素異形體即準零維富勒烯。不久之后，在1991年，一維碳納米管引起了科學界的關注，2004年二維碳同素異形體石墨烯成為實驗現實。如今，科學家已經能夠將不同的碳結構組合到一起，制備出各種新型結構，如富勒烯填充碳納米管（“豌豆莢”結構）和富勒烯插層石墨烯的組合。