스포츠관련 신소재

안녕하세요!

교육멘토 입니다!

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스포츠 신소재에 관련해서 질문해주신것 같아서

답변을 해드리도록 하겠습니다.

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지난 2016년 8월 6일 현지시간으로 오전 8시, 브라질 마라카낭에서 세계인의 스포츠 축제가 열렸습니다. 남미 국가 중 브라질이 최초로 지구 최대 스포츠 축제를 개최하는데 성공하며 세계인의 관심이 더욱 집중되었는데요. 전 세계의 스포츠 선수들이 자신은 물론 조국의 명예를 걸고 자웅을 겨루는 축제의 장인만큼 더욱 각별한 의미를 갖는 자리가 될 것으로 예상됩니다. 이처럼 축제 자체가 갖는 의미 역시 남다르지만 그래도 스포츠는 승부를 가르는 게임이란 측면에서 성적 역시 무시할 수 없는데요. 이 때문에 좀 더 빠르게, 좀 더 멀리, 좀 더 정확한 성적을 내기 위해 국가별로 앞다투어 치열한 기술경쟁을 벌이고 있습니다.

스포츠 신기록 달성의 열쇠, 신소재

‘스포츠’하면 여러분은 무엇을 떠올리시나요? 일반적으로 스포츠는 인간이 일정한 규칙에 따라 개인 또는 단체로 팀을 이루어 지구력, 속력, 기능 따위를 겨루는 일을 의미합니다. 다시 말해 보다 나은 성적을 위한 경쟁이라고 할 수 있는데요. 성적을 올리기 위해선 선수 개인의 실력과 노력이 큰 부분을 차지하는 것이 사실이지만 여기에 더해 최근에는 국가별 스포츠 성적 향상을 위한 기술 개발 경쟁도 상당히 치열합니다. 바로 선수들이 스포츠 경기에서 사용하는 유니폼이나 장비의 성능 향상을 위한 것이죠. 그럼 이런 기술경쟁의 산물들에 어떤 것들이 있는지 알아볼까요?

▶ 수중 스포츠의 신소재 ‘래쉬가드’ 알아보기

대한민국 양궁의 활 화살은 나노카본튜브

대한민국은 예로부터 양궁에서 강인한 면모를 자랑해왔는데요. ‘고구려의 후예’임을 증명하듯 세계적인 경기에서 메달을 휩쓸며 그 명성을 떨쳐왔습니다. 이런 대한민국의 양궁 실력은 선조들의 피를 물려받은 민족의 역량이 가장 큰 영향을 줬지만 그 이면에는 나노카본튜브라는 신소재가 뒷받침하고 있습니다.

나노카본튜브란 탄소 6개로 구성된 육각형 모양이 서로 연결되어 관(튜브)모양을 이루고 있는 것으로, 그 지름이 겨우 머리카락의 10억분의 1에 불과한 나노미터 단위에 지나지 않습니다. 이를 펼치게 되면 화학업계에서 각광받고 있는 ‘그래핀’이 되는데요. 나노카본튜브는 강도만 봤을 때 철강의 100배 이상 우수하고, 유연함으로는 탄소섬유의 약 15배 이상의 성능을 자랑한다고 합니다. 이런 우수성 덕분에 스포츠용품은 물론 반도체와 배터리, 섬유, 생체센서, 초정밀기계 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 신소재입니다. 나노카본튜브는 이처럼 그 강인함과 유연성 덕분에 양궁의 활이나 화살은 물론 사이클 경기에서도 사용되고 있습니다.

0.03초의 칼날을 막아라 초고분자 폴리에틸렌

첨단 화학기술은 펜싱에서도 그 두각을 드러내고 있습니다. 0.03초, 정말 찰나의 순간에 들어오는 펜싱 칼날은 그 예리함은 물론 빠른 속도 덕분에 자칫 펜싱 선수들에게 위협을 가하기도 하는데요. 실제 1980년 모스크바에서 열린 펜싱 경기에서 구소련의 한 선수가 경기 중 부러진 펜싱 검이 마스크를 뚫고 들어와 사망하는 사건이 발생하기도 했습니다. 유연한 소재의 칼과 철망으로 보호장비를 갖췄음에도 일어났던 사고로 이 사건 이후 국제펜싱연맹은 펜싱 시합에 착용하는 보호복의 기준을 강화하게 되었습니다.

그 결과 펜싱 시합에서 착용하는 보호복과 바깥 재킷이 800N(81.6kg)의 저항 압력에도 견딜 수 있도록 규정이 개정되었는데요. 이 조건에 부합하는 신소재가 바로 초고분자량 폴리에틸렌섬유(UHMWPE)입니다.

이 소재는 내구력이 우수하여 방탄복과 군용 헬멧, 전투기 제작 등에 사용되는 초고강도 소재이며 분자량의 밀도만 놓고 봤을 때 고밀도 폴리에틸렌의 10배에 해당하는 100만 이상의 수치를 보입니다. 덕분에 열가소성 플라스틱 중 충격이나 마모에 대한 내구성이 가장 우수한 소재로 손꼽힙니다.

가장 빠른 트랙을 꿈꾼다 몬도 트랙

스포츠 하면 빼놓을 수 없는 육상에서도 화학기술의 적용이 눈에 띕니다. 0.01초의 순간으로도 기록이 갈리는 종목답게 더 빠른 사람을 만들기 위한 트랙에 대한 연구는 지속되어왔는데요. 최초로 마의 10초대 벽이 무너진 기록 역시 폴리우레탄이 적용된 1968년 멕시코시티의 한 트랙에서 세워졌습니다. 최근에는 산책로나 주변에서도 쉽게 찾아볼 수 있는 폴리우레탄의 뛰어난 충격 흡수 기능 덕분에 가능했던 일이죠. 이 폴리우레탄은 특유의 충격 흡수 능력 덕분에 이처럼 트랙은 물론 축구공의 외부 소재, 혹은 수영복 등에 적용되어 보다 나은 성적을 내는데 기여하고 있습니다.

이런 폴리우레탄에 이어 최근 새롭게 각광받는 트랙이 있으니 바로 몬도 트랙입니다. 아스팔트 위에 천연 탄성 고무를 얹어 총 5개의 층으로 구조를 이루는 이 트랙은 지금까지 230여 개의 세계신기록을 쓰는데 이바지하였습니다. 이번에 브라질에서 열리는 세계인의 축제에서도 이 몬도 트랙이 설치되면서 또 다른 세계신기록의 탄생이 기대되고 있습니다.

탁월한 운동성의 폴리에스테르, 가벼운 몸놀림은 에틸렌초산비닐

이 외에도 석유화학의 산물들이 스포츠 선수들에게 애용되고 있는데요. 그중 가장 대표적으로 꼽을 수 있는 것이 바로 대부분의 선수들이 유니폼에 사용하는 폴리에스테르입니다.

폴리에스테르는 석유 등을 원료로 하여 섬유를 형성하는 긴 분자를 화학적으로 합성해 만든 고분자 물질로, 물에 젖거나 구겨지더라도 옷이 변형되지 않는 특징을 갖습니다. 또한 운동 중 발생하는 땀이나 악천후로 젖게 되더라도 건조가 빨라 다양한 환경에서 격렬하게 움직이는 운동선수들에게 안성맞춤인 소재입니다.

운동선수라면 누구나 신는 선수용 신발에 주로 사용되는 에틸렌초산비닐(EVA)도 매우 유용한 신소재에 해당합니다. 중량이 매우 가볍고 충격 흡수력도 뛰어나 신속한 몸놀림을 요하는 축구, 농구, 달리기 선수들의 신발에 주로 사용됩니다.

이처럼 세계인의 축제 속에도 화학기술의 대향연은 조용히 펼쳐지고 있습니다. 좀 더 가볍고 튼튼한 소재로 더 나은 성적을, 더 안전한 장비를 만들 수 있도록 해주는 신소재. 앞으로도 꾸준히 발전할 대한민국의 화학기술과 스포츠계를 응원합니다.

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스포츠 장비도 신소재·첨단기술 경쟁

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첨단기술 경쟁은 스포츠 장비 분야에서도 숨가쁘게 전개되고 있다.

최근 나이키사가 개발한 신형 스위프트 육상복은 옷의 부위별 소재를 달리해 2004년 아테나 올림픽 때보다 공기 저항을 7% 더 줄였다. 무봉제 기술을 통해 일부 솔기와 테두리를 완전히 제거한 것은 물론 의류에 들어가는 실의 양을 절반으로 줄였다. 남자 허들 110m를 기권한 중국의 육상 영웅 류샹, 미국의 버나드 러갓(남자 1500m)이 이 육상복을 입었다.

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신발도 신소재 개발을 통해 혁신적인 경량화를 꾀했다. 나이키사가 선보인 중장거리 스파이크화의 무게는 96g. 절대로 불가능할 것이라 여겨지던 ‘마의 100g 벽’을 깨뜨렸다. 이 기술에 붙인 이름은 ‘플라이와이어’. 한국말로 ‘나는 실’이란 뜻이다. 머리카락 500분의 1 정도 두께지만 강도는 보통 실의 수천 배에 이른다. 자메이카의 아사파 파월(남자 100m)과 버나드 러갓, 국내 선수로는 이정준(허들 110m) 등이 이 소재의 신발을 신었다.

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발에 가해지는 충격을 완화시켜 주는 ‘루나 폼(Luna Fo am)’ 기술 역시 주목할 만하다. 나이키사는 미 항공우주국(NASA)이 개발한 폼(Foam)이라는 첨단 소재를 도입해 쿠션을 강화했다. 루나 폼 신발을 신고 달리면 압력이 골고루 퍼져 장거리를 달린 후에도 피곤함을 느끼지 않는다는 설명이다.

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스피도사가 개발한 첨단 신소재 수영복 레이저레이서(LZR Racer)는 NASA와의 합작품이다. 초경량 특수 소재 레이저펄스를 활용한 것으로 물의 저항을 최소화하고 부력을 높여 보다 빠른 속도를 내도록 한다. 박태환과 미국의 마이클 펠프스가 이 수영복을 입었다.

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선수들의 체온 조절을 위해 ‘프리쿨’이란 이름의 얼음조끼도 출현했다. 최고 기온이 32도를 넘나드는 베이징에서 경기 시작 전에 선수들이 불필요한 에너지를 소비하는 것을 막기 위해서다.

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* 질문 해주신 내용에 대해 제가 드린 답변이 도움이 되셨다면소중한 답변확정 부탁드릴게요.

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