عناصر میتوانند فرم های مختلف داشته با شند که آلوتروپی (چندشکلی)نامیده می شود این فرم ها به روش و شرایط سنتز بستگی دارد . عنصر کربن بیش از 40 شکل دارد که بیشتر آنها غیر بلور (بی شکلamorphous)هستند برای مثال کک ماده ای است که پس از تقطیر نفت خام و ذغال سنگ تشکیل می شود . همگی با دوده که از سوختن ناقص مواد آلی ایجاد می شود آشنا هستیم . کربن سیاه (black-carbon)یک ماده تجارتی مهم است و با حرارت دادن هیدروکربنهای گازی شکل در 1000 درجه سانتی گراد در غیاب هوا سنتز می شود . این ماده کاربردهای فراوانی دارد که از جمله به عنوان مرکب در چاپ به کار می رود . کربن فعال(active carbon)متخلخل است و می تواند مواد آلی جزئی در هوا را جذب نماید (تمیز کننده هوا و مورد استفاده در ماسک)هم چنین برای تصفیه آب مورد استفاده قرار گیرد .
شما حتما با دو فرم بلورین کربن آشنا هستید ،گرافیت و الماس. گرافیت یکی از پایدارترین شکل کربن است و بنزوئید پلی ان حلقوی جوش خورده به طور کامل با سیستم π می باشد و از لایه های شبیه لانه زنبور عسل با فاصله 3.35 آنگسترم تشکیل شده است (تمام کربن ها هیبرید SP2 دارند )رنگ آن سیاه و هادی الکتریسیته است . خاصیت روان کنندگی گرافیت به دلیل لغزش آسان لایه های آن بر روی یکدیگر است ."مغز مداد"سیاه از گرافیت ساخته شده است . در الماس بدون رنگ (شفاف)اتم های کربن (همگی با هیبرید SP3)شبکه غیر هادی(عایق)به صورت حلقه های سیکلو هگزان با آرایش صندلی متصل به یکدیگر تشکیل شده است . الماس سخت ترین و فشرده ترین ماده شناخته شده است(تغییر شکل نمی دهد ) پایداری آن کمتر از گرافیت است و در دمای بالا به گرافیت تبدیل می شود (مقدار 0.45 kcal/g.c پایداری کمتری دارد)در اثر تابش با پرتوهای با انرژی بالاتر نیز به گرافیت تبدیل می شود که به هیچ وجه مورد توجه صنعت جواهر آلات نیست .
کشف بسیار برجسته ای در سال 1985 توسط کورل،کروتو و اسمالی انجام پذیرفت که به خاطر آن جایزه نوبل در سال 1996 دریافت کردند. بوک می نسترفولرن C60 ،یک آلوتروپی از کربن به صورت کروی و به شکل توپ فوتبال ،توسط این افراد کشف گردید. آنها در یافتند که تبخیر گرافیت توسط لیزر توده های مختلفی از مجموعه کربنی در فاز گازی تشکیل می دهد که C60 با 60 اتم کربن بیشترین فراوانی را دارد . بهترین روش به هم پیوستن کربن ها در مجموعه C60 است که با رعایت چهار ظرفیتی بودن کربن از 20 حلقه بنزنی به هم پیوسته با 12 پنج ضلعی متصل به آنها و با 60 راس معادل،ساختاری شبیه توپ فوتبال دارد.
C60 بوک می نسترفولر طراحی گردیده بود . این ترکیب در حلالهای آلی حل می شود که باعث شناخت بیشتری از شیمی این ماده می گردد. برای مثال طیف 13CNMR آن یک سیگنال در σ = 142.7 ppm نشان می دهد که در ناحیه آروماتیک است. بدلیل حالت کروی آن حلقه بنزنی در C60 تحت فشار است این فشار در شیمی غنی این ماده ،شامل الکترون دوستی ،هسته دوستی،رادیکالی و واکنشهای افزایشی هم زمانی آشکار می شود . جالب بودن کشف C60 باعث توسعه وسیع شیمی آن و روشی برای تهیه چند گرمی آن گردید .
جداسازی سایر مجموعه های کربنی به نام "فولرن ها"دوبله شده :از جمله C70 که مشابه توپ راگبی است ؛سیستم های کایرال (برای مثال درC84)،فرم های ایزومری؛فولرن هایی که می توانند پذیرای اتم هایی مانند هلیم و هسته های فلزی (یونها)باشند (endohedral fullerene)و سنتز نمکهای رسانا(برای مثال Cs3C60 ،که در 40K ابر رسانا می شود)،از جمله این پیشرفت هاست . بررسی مجدد منابع شیمی نشان می دهد که C60 و سایر فولرن ها محصول سوختن ناقص مواد آلی در شرایط معیین یا با حرارت دادن مجدد دوده حاصل می شوند و احتمالا "محصول طبیعی" کربن در کره ما از بدو تشکیل بوده است .
از جمله کاربرد های بسیار مفید ،سنتز لوله تو خالی گرافیتی به نام "nanotube" است که براساس درون مایهفولرن است . نانوتیوب ها حتی از الماس سخت تر هستند ،در حالی که خاصیت الاستیکی داشته و خواص مغتاطیسی و الکتریکی غیر عادی از خود نشان می دهند . امکان دارد نانو تیوب ها بتوانند جایگزین تراشه های کامپیوتری شوند که در حال حاضر در کامپیوترهای سریع و کوچک به کار می رود .
نانوتیوب ها نیز به عنوان مواد بسته بندی مولکولی برای سایر ساختارها از جمله کاتالیست های فلزی و حتی بیومولکول ها کاربرد دارند . بنابراین کربن در نوع فولرن در زمینه تکنولوژی "نانو"مورد توجه بسیار قرار گرفته است . هدف ،تهیه ابزارهایی در حد مولکولی است .
