如何将单根碳纳米管的优异性能跨尺度传递至宏观纤维是实现碳纳米管纤维高性能化的关键。对于组成纤维的碳纳米管，其壁数、直径、长度是影响纤维性能的主要结构参数(也被称为内在结构因素)，较少的壁数、较小的管径、较大的长度均可有效增大管间接触面积，从而提升纤维性能。对于纤维中碳纳米管组装结构(也被称为外在结构因素)，碳纳米管取向度与排列致密度决定了管间接触面积，进而对纤维性能产生显著影响。

 纤维中碳纳米管基元的结构调控及纤维力学增强

组成纤维的碳纳米管基元具有较少的壁数、较小的管径、较大的长度时纤维的力学性能较高。基于此，Motta等通过控制浮动催化过程中催化剂含量，获得了单壁与双壁含量更高的碳纳米管纤维，提升了纤维力学性能(图2a)。当纤维中少壁碳纳米管直径大于5 nm时，会发生塌陷而极大地增加管间接触面积，有利于纤维强度的提升(图2b)。在湿法纺丝纤维中，采用的原始单壁碳管的长径比对性能影响显著(图2c)，Taylor等采用高结晶度、大长度碳纳米管作为氯磺酸液晶纺丝原料，制备的碳纳米管纤维强度达到4.2 GPa。阵列纺丝中可以通过生长时间等参数对碳管长度进行调控，获得更高的纤维力学性能。对于浮动催化碳纳米管纤维，Koziol等通过对比不同拉伸测试样品长度对力学性能的影响，从侧面验证了浮动催化纤维中碳纳米管长度对纤维力学性能所起到的关键作用(图2d)。