탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 탄소 원자들이 육각형 고리 형태로 결합하여 원통형 모양을 이루고 있는 나노 구조체이다. 탄소의 동소체 중 하나로, 그 크기가 나노미터(nm, 10억 분의 1m) 수준인 미세한 튜브 형태의 물질을 의미한다.
1991년 일본 NEC 부설 연구소의 이이지마 스미오 박사가 전자현미경을 통해 고해상도로 관찰하여 학계에 상세히 보고하면서 널리 알려졌다. 구조적으로는 탄소 원자 한 층으로 이루어진 그래핀(Graphene) 시트가 원통형으로 말려 있는 형태를 띠고 있으며, 벽을 구성하는 층의 개수에 따라 단층 탄소 나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube, SWCNT)와 다중층 탄소 나노튜브(Multi-Walled Carbon Nanotube, MWCNT) 등으로 분류된다.
물리적 특성 면에서 탄소 나노튜브는 매우 우수한 강도와 탄성을 지닌다. 인장 강도는 강철보다 수십 배에서 수백 배 이상 강한 것으로 알려져 있으며, 전기 전도도는 구리와 유사한 수준이고 열 전도도는 다이아몬드와 비슷하다. 또한 튜브의 직경과 말린 각도(Chirality)에 따라 전기적으로 도체의 성질을 띠기도 하고 반도체의 성질을 띠기도 하는 독특한 양자 역학적 특성을 보인다.
이러한 특성을 바탕으로 탄소 나노튜브는 항공우주 분야의 고강도 경량 복합 재료, 차세대 반도체 및 전자 소자, 디스플레이용 투명 전극, 에너지 저장 장치의 전극 재료, 나노 센서 등 광범위한 산업 분야에서 핵심적인 신소재로 연구 및 활용되고 있다.
