Začátkem 90. let byly objeveny kulovité uhlíkové molekuly, tzv. fullereny, které
nastartovaly koncepci nanotechnologií. Fullereny byly objeveny britským profesorem
Harrym Krotooem a americkým fyzikem Richardem Smallym. Použili k tomu grafitový
disk, který odpařovali laserem, páry chladili v proudu hélia, a pak měřili jejich spektra.
V nich vyčetli přítomnost stabilních velkých molekul o složení C60 a C70. Za tento objev
dostali Nobelovou cenou za chemii.
V molekule C60 je šedesát atomů uspořádáno pravidelně na povrchu jedné společné
koule. Z obr. 1 je vidět, že vazby mezi atomy uhlíku vytváří na povrchu koule vzor jako u
fotbalového míče. Název fullereny právě pochází od tohoto seskupení podle amerického
architekta R. Buckminstera Fullera, který podobný typ struktur používal při stavbě
výstavních hal.

Postupně byla zvládnuta výroba těchto molekul a zájem byl soustředěn na
zkoumání jejich vlastností, a to jejich supravodivost, tvrdost (někdy větší než diamant),
magnetické chování a léčivé účinky chemických derivátů fullerenů.
V roce 1991 Japonci zjistili, že lze vyrobit i fullereny válcového tvaru. Jsou to
velmi dlouhé a úzké čistě uhlíkaté nanotrubky, které mohou vykazovat mechanickou
pevnost 50 až 100 krát vyšší, než má podstatně těžší ocel. Mohou vést elektrický proud i
teplo, je to dosud nejperspektivnější materiál, který mají nanotechnologie k dispozici.
Ukázalo se, že některé nanotrubičky se mohou chovat jako polovodiče, což vedlo
k vytvoření molekulárního tranzistoru, který funguje za pokojové teploty. Tím byla
otevřena cesta molekulové elektronice, miniaturizaci výpočetní techniky a zvýšení
rychlosti počítačů.

Ve výrobě nanotrubek v současnosti došlo k velkému pokroku. Podařilo se vytvořit
trubičku s délkou 4 cm. Nanotrubky mohou změnit i oblast úschovy energie a vést
k rozvoji alternativních pohonů vozidel založených na vodíku.

Z nanotrubiček se podařilo vyrobit superpevnou fólii, která má velmi dobré
mechanické vlastnosti (zejména velká pevnost), je průhledná a vodivá. Uplatnění nachází
při výrobě skel. Sklo potažené touto fólií je velmi pevné a díky její vodivosti ho lze
vyhřívat. V elektrotechnice by se dala použít na výrobu lepších kondenzátorů (více
namotaných závitů při stejném objemu díky velmi malé tloušťce), ohebných displejů
(fólie umí zářit jako zářivka).
Fyzikům se podařilo vytvořit novou formu uhlíku, tzv. nanopěnu, působením
laserových pulsů na uhlíkový terčík v argonové atmosféře, zahřáním na teplotu 104 °C.
Její struktura je tvořena sítí pospojovaných uhlíkových nanotrubiček dlouhých 5 nm, viz
obr.3. Jedná se o další formu uhlíku, vykazující překvapivé feromagnetické vlastnosti,
které za pokojové teploty po pár hodinách vymizí, ale při nižších teplotách je lze
dlouhodobě udržet. Tato vlastnost by se podle názoru některých fyziků dala v budoucnu
využít například v medicíně při léčbě rakoviny. Vstříknutím látky do nádoru by bylo
možné zničit jej lokálním zvýšením teploty nanopěny po pohlcení infračerveného záření,
zatímco okolní zdravá tkáň by zůstala neporušena. Vstříknutím nanopěny do krevního
oběhu by se mohl metodou jaderné magnetické rezonance sledovat průtok krve tkáněmi.
Tyto a další představy aplikace a vlastnosti nanopěny jsou v současné době ve fázi
výzkumu.