-. 나노 기술이란?
20세기를 수놓은 컴퓨터공학, 유전공학, 그리고 신소재공학 등이 마이크로 단위의 제어기술을 필요로 했다면, 21세기에는 그 보다 더 작은세계, 그러니까 1백만분의 1인 마이크로 세계보다 1천분의 1만큼 더 작은 나노세계에 대한 제어기술이 새로운 시대를 열 것이다. 나노(nano)는 그리이스어의 '난쟁이'에서 유래한 말로 '10억분의 1'을 의미한다. 물리적인 세계에서 보면 나노세계는 곧 원자세계이다. 나노기술(nano-technology)이란 이러한 원자 하나하나를 기계적으로 빠르게 제어할 수 있는 기술로서, 궁극적으로 원자 하나하나를 쌓아올려 세계를 다시 만들고자 한다(building block). 즉 물질의 설계도인 결합구조에 맞춰 원자들을 기계적으로 적절히 결합시킴으로써, 원자들로부터 그 무엇이든 필요한 물질을 제조하는 것이다.어떤 물질의 크기가 나노미터(10-9 m), 즉, 1 mm의 백만분의 1만큼 작은 크기라면 어떤 일이 일어날까? 반도체의 발달 역사를 보면 진공관에서 트랜지스터로, 트랜지스터에서 IC칩으로, IC칩에서 VLSI칩으로 작아지면서 집적도가 높고, 더욱 소형화된 전자장치가 가능해진다. 어떤 물질이 나노미터 크기가 되면 이른바 분자들을 다룰 수 있는 크기가 되어, 우리가 일상생활에서 보는 것과는 완전히 다른 여러 가지 양자역학적인 현상들이 나타나게 된다. 마찬가지로, 고분자, 혹은 무기재료의 크기를 나노미터 단위로 제어하게 되면, 범용재료에서 볼 수 없는 여러 가지 고기능들이 나타나기 때문에, 이를 이용한 여러 가지 기술, 즉 나노테크놀로지(nano-technology)는 최근에 큰 주목을 받고 있다.나노(Nano)는 작다는 뜻이고 이 용어는 10-9m(미터)을 표현하는 단위로 고대 그리스의 난쟁이라는 의미의 'nanos'에서 유래되었다고 한다. 만약에 우리가 야구공을 지구 만한 크기로 확대시키면 원자들은 포도송이 만한 크기로 눈에 띄게 된다. 이 원자들을 세네 개정도 나란히 놓은 것이 나노미터 안에 들어간다.
나노테크놀로지(Nanotechnology)는 광범위하게는 작은 물체들을 연구하고 다루는 분야다. 여기에는 원자, 분자, 단백질을 생산하는 분자기계인 리보솜 등이 대상이 된다. 보다 좁은 의미로 사용될 때는 흔히 분자 제조법(molecular manufacturing)을 의미하고 간단하게 말하자면 물체를 한번에 한 원자씩(혹은 분자씩) 배열해 가는 방법을 일컫는다. 어린 시절 과학 수업시간에 연필심의 원자들을 재구성하면 다이아몬드를 만들 수 있다는 것을 알았을 때의 놀라움을 모두들 기억한다. 또한 반도체가 모래의 원자들을 재배열함으로써 얻어진다는 사실도 이제는 너무도 구태의연한 상식으로 통한다. 최근 TV방송의 호기심천국 프로그램에서는 반도체 재료를 모래로부터 만드는 실험을 한 사례도 있다. 나노 테크놀로지는 기본적으로 여러 학문들의 결합의 장이다. 대체적인 개념들은 생물학에서 시작되었지만 실질적으로 장치를 만드는데 무엇이 가능하고 불가능한지를 가늠하는 것은 물리학, 기계공학적 원리들이 필요하지만 특히 분자구조들을 결정하는 데 있어서는 화학분야의 역할이 매우 크다고 할 것이다. (2) 분자수준에서 질병을 치료하는 수술법, 인체 세포보다 작은 컴퓨터, 그리고 오염을 줄여주는 미시적인 크기의 초극대 효율의 생산 장비들을 상상해 보라. 이러한 것들이 향후 분자 또는 더 나아가 원자 수준에서 제품을 생산하기 위해 공학과 화학을 결합시킨 미래의 혼성 과학 즉, 나노기술의 목표이다. 현재 IBM과 Lucent Technology사에서부터 미국 과학재단과 NASA에 이르는 조직들은 한결같이 나노기술의 가능성을 집중적으로 연구하고 있다.
다이아몬드는 이론적으로 탄소 원자들을 재배치시켜 만들어낼 수 있다. 문제는 원자들을 정밀하게 이동시킬 수 있는 아주 작은 도구를 만들어내는 일이다. 그리고 더더욱 작은 부품들을 만들어내기 위하여 과학자들은 버키볼과 나노튜브라고 불리는 극도로 작은 빌딩 블록들을 개발하고 있다. 버키볼(buckyball)은 건축가이며 공학자인 R. Buckminister Fuller의 이름을 따서 붙인 이름이다. 60개의 탄소 원자로 구성된 초미세 크기의 축구공 모양의 분자인 버키볼은 플라스틱에서부터 배터리에 이르기까지 온갖 것들을 만드는데 쓰일 수 있다. 나노미터 크기의 튜브 모양으로 늘였을 때 강철보다 100배 이상 더 튼튼하면서도 무게는 강철보다 6배나 가볍다. 나노기술 연구자들은 나노튜브를 차세대 미세 전자공학에서 커넥터와 케이블로 쓰게 될 것이라고 생각하고 있다. 나노기술자들은 이 탄소 빌딩블록이 다이아몬드를 값싸게 그리고 대량으로 생산하는 데에 사용될 날이 올 것으로 생각하고 있다. 그리고 차후에는 다른 더 큰 소자들을 만들어내는 데에 쓰일 수 있는 아주 작은 소자들을 만들어낼 것을 꿈꾸고 있다. 이러하듯이 나노재료의 기술성장은 매우 빠르게 진행될 것이며, 신소재 및 환경 등과 관련된 다양한 기술분야에 적용될 가능성이 매우 높다. 따라서 꿈의 기술이라고 불리는 나노재료분야에 대한 정보를 살피고 미래지향적인 연구방향제시를 위해서 선진국의 주요연구성과를 살펴봄으로 해서 국내기술의 현주소를 가늠해 보고자 한다. 화학적으로 합성된 나노 물질은 그 자체로서 응용범위가 엄청나다. 나노물질들을 화학결합을 이용해 전자소자와 접목시키면 차세대 센서, 자기기록매체, 트랜지스터와 같은 장치로 개발할 수 있다. 뿐만 아니라 나노기술은 화학의 분자 개념을 기초로 발전한 분자생물학, 제약학, 소재나 재료공학, 전자공학 관련 산업 발전으로 이어질 수 있다. 나노테크가 본격적으로 시작된 것은 1980년 IBM 연구소 취리히 분소가 주사터널 현미경(STM)을 발명하면서부터다. 이 STM은 단 원자나 단분자들을 다룰 때 그 모습을 지켜볼 수 있는, 이른바 분자 세계에 이르는 창문인 셈이다. STM은 단원자로 된 날카로운 핀을 시료의 표면에 정밀하게 고정시킨 다음, 시료의 표면과 핀 사이에 전자가 터널 형태로 이동, 미약한 전류가 흐르면 그 전류 의 강약을 측정해 시료표면의 원자 수준의 해상도 영상을 읽어 내는 원리다. 그러나 나노테크의 관건은 원자의 제어와 분자구조를 자유롭게 변화시킬 수 있는 데 있다. 외국에서는 최근 나노테크를 이용, 인간 두뇌와 경합할 수 있는 인지력을 갖는 컴퓨터 개발에 주력하고 있다. 최근에는 현존하는 미세 전자회로 내의 주요 부품 즉 트랜지스터·다이오드·도선 등과 유사한 역할을 하나의 분자가 대신하는 전혀 새로운 패러다임의 기술로 발전하고 있다. 지난해 로스앤젤레스 소재 캘리포니아대학과 휼렛패커드사 연구팀은 로타산이라 불리는 한 유기물질 분자들을 수백만 층으로 쌓아 올려 만든 전류 스위치를 제조했다. 이어 예일대학과 라이스대학 연구팀은 합성한 분자가 필요에 따라 전자를 저장함으로써 그 분자의 전기 전도성을 바꿀 수 있기 때문에 일종의 기억장치 역할을 한다고 밝혔다. 국내에서는 서울대 화학부의 최진호 교수가 초전도체와 유기물의 층상혼성물질을 합성, 사이언스지·미국화학회지 및 미국물리화 학회지 등에 게재했고 최근에는 NT-BT(생명공학기술)를 이용, 무 기-생체 나노혼성물질을 합성, 새로운 유전자 전달체 방법을 제시한 논문을 미국화학회지 및 독일화학회지에 발표했다. 또 서울대 화학부의 김관 교수는 자외선 대신 가시광선을 이용, 단분자 막을 이루는 분자의 특정 부분만 바꿈으로써 귀금속인 은 표면에 이종 분자 단분자막을 만들 수 있음을 증명해 보임으로써 차세대 나노 광전자 소자 및 생물 센서 개발 가능성을 제시했다. 한국과학기술원(KAIST)의 화학과 천진우 교수는 자연계에 존재하지 않는 새로운 모양의 반도체 나노결정의 제조가능성을 제시했다. 기존에 알려진 반도체 나노입자는 구(球)형태이지만 천교수 는 선형구조의 나노막대, 굽은 막대 형태의 나노꺾쇠 등 나노반 도체를 새로운 화학적 합성방법으로 개발, 나노기술 및 정보기술로의 응용을 시도하고 있다. 서울대 응용화학부의 현택환 교수는 나노ｍ 크기의 자성물질, 즉 세계에서 가장 작은 막대자석을 개발했다. 그 막대의 두께는 2 나노ｍ, 길이는 7~10 나노ｍ까지 다양하게 조절할 수 있다. 현 박사는 이 자기나노입자가 차세대 테라비트급 자기메모리장치와 암 치료나 약물전달매체 등 생명공학분야에도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 전망했다. 서울대 화학부 서정상 교수는 붕어빵 틀에서 붕어빵을 만들 듯이 나노물질을 찍어낼 수 있는 나노틀을 이용, 탄소나노튜브를 제 조하고 그 응용성을 연구하고 있다. 서강대 화학과의 윤경병 교수는 건축자재로 많이 쓰이는 제올라이트를 레고처럼 빌딩블록화 함으로써 나노입자의 정열·조직화에 성공했다.
-. 나노기술의 응용
전투복에 사용되는 나노기술
미국 테러 참사가 일어난 지 약 보름이 지난 요즘 뉴스에서는 계속해서 미국의 테러 응징 전쟁에 대해 보도하고 있다. 아울러 갖가지 첨단무기와 장비도 소개되고 있다. 지난 21일 ‘미군 병력 시스템 센터’(The US Army Soldier System Center)의 톰 타시나리 박사는 BBC와의 인터뷰를 통해 21세기 첨단과학기술로 일컬어지는 나노기술이 앞으로 여러 가지 전투장비에 적극적으로 사용될 전망이라고 밝혔다.
타시나리 박사는 “앞으로 나노기술이 신개념의 전투복이나 전투장비 개발에 큰 변혁을 일으킬 것”이라고 말했다. 나노기술로 생산된 새로운 재료는 머리카락 한 가닥의 1/100 정도로 두께가 얇아진다. 이런 재료를 기존의 재료와 적절히 혼합해 만들면 전투복이 주변환경에 따라 카멜레온처럼 자동으로 색깔이 변하고 전투복 안의 온도도 자동으로 조절될 수 있다고 한다. 또한 스스로 공기의 출입을 조절해 화생방 전투에서 위험한 화학물질과 미생물로부터 군인을 보호해줄 수 있으며 현재 전투복보다 20%나 가벼울 것이다. 나노기술을 통해 만들어진 헬멧은 기존의 헬멧보다 40%-60% 가벼우며, 또 찢겨졌을 때 스스로 수선되는 텐트의 원단도 개발할 수 있다. 타시나리 박사는 아직 나노기술을 실제 전투장비에 사용하기에는 이르지만 2025년까지 충분히 현실성 있는 일이라고 주장했다. 그는 더 작고 더 가벼운 전투장비의 개발로 전투에 임하는 군인을 돕는 것이 센터의 목표라고 밝혔다.미 국방부는 올해 875만 달러를 미국대학 내 나노기술 연구소의 연구비로 지원했고 얼마 전 전투병력 나노기술 연구소’(The Institute for Soldier Nanotechnology)를 설립할 예정이라고 발표한바 있다. 이 연구소는 기존의 대학 나노연구소 안에 설립될 예정이며 앞으로 5년 동안 5천만 달러를 지원 받을 예정이다. 한편 나노기술은 상업적 이용 가치가 높아 여러 상업 분야에서도 신속한 개발이 이뤄져 왔다. 도요다 자동차는 1990년대 초부터 나노기술을 연구해 나이론실을 이용한 신소재를 개발해 사용해 왔다. 이 신소재는 기존보다 자동차 엔진의 열에 더 잘 견디면서 생산가격은 저렴해서 곧바로 생산라인에 이용됐다. 또한 나이키 운동화는 운동화 밑창으로 깔리는 쿠션에 나노기술을 이용해 개발한 신소재를 첨부해 쿠션기능을 보강할 수 있었다.
익명 작성일 - 