탄소나노튜브는 탄소 원자가 결합하여 형성된 나노미터 크기의 원통 모양 구조물이다. 이 구조물은 탄소 원자가 육각형 격자를 이루며 결합되어 있으며, 지름은 몇 나노미터에서 수십 나노미터에 이르고, 길이는 수백 마이크로미터에 달할 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브(SWNT)와 다중벽 나노튜브(MWNT)로 나눌 수 있으며, 이 두 가지 형태는 각각 한 층의 탄소 원자로 이루어진 나노튜브와 여러 층의 탄소 원자가 원통 형태로 중첩된 구조를 가진다.

탄소나노튜브는 그 독특한 물리적, 화학적 성질 덕분에 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다. 높은 기계적 강도와 경량성으로 인해 나노튜브는 복합재료의 강화제로 사용될 수 있으며, 전기적 성질에 따라 반도체 또는 도체로도 활용될 수 있다. 특히, 전자기기에서의 사용 가능성이 매우 크며, 트랜지스터, 센서 및 에너지 저장 장치 등에서 응용될 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

또한, 탄소나노튜브는 나노미터 크기로 인해 높은 표면적을 가지며, 그로 인해 촉매 및 흡착재료로서의 가능성도 있다. 이러한 성질은 환경 정화 기술이나 정밀 의학 분야에서도 응용될 수 있다. 예를 들어, 특정 물질을 선택적으로 흡착하여 수질 정화에 기여하거나, 약물 전달 시스템에서 약물을 효과적으로 전달하는 역할을 할 수 있다.

탄소나노튜브의 생산 방법은 여러 가지가 있으며, 화학기상증착(CVD), 아크 플라즈마, 레이저 증착 등 다양한 기술이 사용되고 있다. 그러나, 생산 과정에서의 결함이나 불순물 문제는 나노튜브의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 품질 관리와 대량 생산 방식에 대한 연구가 필요하다. 탄소나노튜브는 그 뛰어난 성질 덕분에 나노기술의 중요한 구성 요소로 자리 잡고 있으며, 앞으로의 연구와 응용이 기대되는 분야이다.