O carbono, um dos elementos mais abundantes na natureza, tem a capacidade de ser combinado quimicamente com ele mesmo e com outros elementos por ligações covalentes fortes, resultando em uma variedade de estruturas que permitam o desenvolvimento de materiais de várias propriedades. Os materiais de carbono mostram-se extremamente duros, como os diamantes ou grafites, além de muito densos e com alta resistência (materiais compósitos de carbono / carbono). Portanto, o carbono é considerado adequado para uso em aplicações estruturais (em carros e aviões, por exemplo), ou para uso combinado com materiais porosos (carvão ativado). Neste caso, o carbono é útil como adsorvente para o armazenamento de energia ou como um suporte de catalisadores. Cabe ressaltar que o elemento carbono pode ser altamente condutor (grafite) ou isolador (carbono vítreo). Esse amplo espectro de propriedades é reforçado pelo fato de que os materiais de carbono só são capazes de operar em temperaturas elevadas nas condições mais extremas.
Os materiais de carbono têm sido alvo de muita atenção e observação após muitos estudos e pesquisas que apontaram a existência dos fulerenos e dos nanotubos. No entanto, os materiais de carbono tradicionais têm desempenhado um papel importante desde os tempos pré-históricos (pigmento em pinturas rupestres, componentes da pólvora, na escrita) e têm contribuído para o desenvolvimento industrial e tecnológico da sociedade atual.
A descoberta das fibras de carbono nos anos 60, com a sua alta resistência e flexibilidade, foi um marco importante no desenvolvimento destes materiais. Em paralelo, também foi descoberto o carbono vítreo, nomeado após a apresentação de uma superfície de fratura concoidal, com propriedades semelhantes ao vidro, muito duro e quebradiço. Ao mesmo tempo, a descoberta de novas formas estruturais de grafite de carbono, de agulhas e esférulas, aparentemente contribui para o desenvolvimento de novos produtos de carbono destinados a aplicações diversas.
A excelente biocompatibilidade dos materiais de carbono, fato desvendado na década de 70, permitiu a utilização deste material na construção de próteses, ligamentos e válvulas cardíacas, entre outros. No início dos anos 80, o desenvolvimento de tecnologia para produção de blocos de grafite de alta densidade isotrópica facilitou seu aproveitamento em reatores de alta temperatura, em dispositivos de síntese de cristais semicondutores e componentes de eletrodos de descarga elétrica. Em meados dos anos 80, ocorreu a introdução das fibras de carbono na engenharia civil, nos sistemas de arquitetura (edifícios, pontes), com a descoberta dos fulerenos, a terceira forma mais estável do carbono, depois do diamante e do grafite.
Na década de 90, foram descobertos os nanotubos, abrindo uma nova era para os materiais de carbono: a Era da nanoestrutura. Isso não se refere apenas ao mundo das estruturas de carbono grafite ou diamante do tipo tridimensional, mas envolve estruturas fechadas contendo pentágonos de átomos de carbono e tubos de carbono, com diâmetros na escala do nanômetro, feito de uma folha simples de átomos de carbono curvo. A descoberta dos nanotubos de carbono de parede única (simples) e de parede múltipla despertaram o interesse de cientistas e engenheiros em áreas relacionadas à nanotecnologia.
Mais recentemente, em 2004, foi desenvolvido o grafeno isolamento, uma estrutura de folha plana de um átomo de espessura. Suas excepcionais propriedades elétricas revolucionaram o campo da ciência, encontrando aplicação na eletrônica (computadores ultra-rápidos, ao substituir o silício), na futura construção de elevadores espaciais, em sistemas de proteção individual (coletes à prova de balas), no domínio da segurança, entre outros campos.
