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[나노] 나노

이번 세미나에선 sor 어느정도 알고있는 나노에 대해서 세미나를 하기에 어느정도 기대를 하고 듣는 수업중의 하나이었다. 이번세미나를 통해서 내가 모르는 정보를 더 알 수 있었고 현대 사회에서 나노기술에 다시한번 중요성을 느낄수 있었고 좀더 다른 분야에 대해서도 알수 있었다. 나는 이 나노기술에 나름대로 다시한번 정리를 하고 앞으로의 방향에 대해서 알아봤습니다.나노(NANO)는 10억분의 1을 나타내는 단위로 고대 그리스에서 난쟁이를 뜻하는 나노스(nanos)란 말에서 유래되었다. 1nm(나노미터)는 10억분의 1미터(m)로 물질의 근본을 이루는 원자 scale의 세계라고 말할 수 있다. 예를 들어 원자들의 배열 간격이 약 0.2nm이고, 원자 중에서 가장 작은 수소원자의 직경이 0.1nm이므로 나노세계는 원자세계라고 말할 수 있다. 나노 시대의 개막은 기원전 5세기 원자론을 처음 주장한 철학자 데모크리투스의 원자론에 의해 시작되었다고 할 수 있다. 본격적으로 나노과학이 등장한 것은 80년대 초 STM(Scanning Tunneling Microscope)과 AFM(Atomic Force Microscope) 주사 원자현미경이 잇달아 개발되면서 부터이다. 이후 분자나 고체의 구조를 눈으로 직접 관측할 수 있게 되었고, 관측결과가 이론적으로 예측된 구조나 성질과 판이하게 다른 경우도 있어 고체 물리, 분자 물리 또는 화학, 양자 역학의 분야 중 마이크로미터보다 작은 영역에서는 지금까지 세워진 것과는 다른 새로운 이론이 필요하게 되었고, 원자 scale을 다루는 새로운 분야인 나노과학(기술)이 등장하게 되었다. 이는 물리와 화학의 경계를 무너뜨리며 새천년의 물질혁명이 본격적으로 시작하게 된 것이다. 따라서 과학과 기술의 New trend가 급속히 확산되면서, 작지만 여전히 눈에 보이는 마이크로 시대 에서 눈에 보이지 않는 나노 시대 로 진입하게 되었다.나노기술(Nano Technology, NT)이란 나노미터 크기의 물질(나노물질)들을 만들고, 그들이 갖는 독특한 성질과 현상을 찾아내어 정렬시키고 조합하여 매우 유용한 성질의 device 및 system을 생산하는 기술로 정의될 수 있다. 나노 물질이라 함은 3차원적으로 볼 때 적어도 한변의 길이가 100nm 이하 크기에 이르는 물질로 광범위하게 정의한다. 두께가 5nm인 판상형태 점토판이나, 나노미터 크기의 세공(fine-pore)을 가진 물질도 나노 물질로 간주한다.나노기술(NT)을 이해하기 위해 우선 나노 물질들이 독특한 물리 화학적 현상을 발휘한다는 사실을 인지하여야 하며, 기존의 과학이나 기술의 범주와는 다른 경향을 나타낼 것 이라 예상하여야 한다.일반적인 이산화티탄은 페인트나 화장품의 백색 안료로 사용된다. 태양광이나 형광등에서 발생되는 400nm이하의 자외선을 받으면 이 입자들은 유기물 분해기능, 항균 살균기능, 친수(hydrophilic)기능에 의한 자정(self-cleaning)효과 및 김서림방지 효과를 갖는다. 이런 기능 및 효과는 건축자재(타일, 유리, 벽돌 등), 공기정화, 항균 살균 제품, 도로자재(방음판, 터널 조명등), 자동차, 폐수처리 등에 응용된다. 청소가 필요없는 건축외벽이나, 김이 서리지 않는 유리제품, 비에 의해 세척되는 도로자재 및 자동차 body는 나노 크기의 이산화티탄이 나타내는 친수성 때문이다. 그 외 많은 기능과 적용분야가 있지만 내용이 광범위한 관계로 이정도로 요약한다.일상생활에서 쉽게 볼 수 있는 금을 예로 들어 나노 물질의 독특한 광학현상을 알아보자. 일반적으로 금 하면 사람들은 누런색의 황금을 연상한다. 하지만 크기가 20nm 이하의 금입자는 빨간색을 띈다는 사실을 아는 사람은 드물다. 마찬가지로 마이크로미터 이상의 은덩어리는 은백색을 띄고 있지만 나노크기의 은입자는 노란색을 띈다. 이처럼 나노물질은 그 크기에 따라 색상이 변한다. 이를테면 CdSe 반도체 나노입자는 그 크기가 1.2nm에서 12nm로 증가함에 따라 청색에서 초록, 노란색을 거처 빨간색으로 변한다. 만약 각 크기별 나노입자들이 분산된 용액은 형형색색의 무지개빛 형광을 발한다.이러한 나노 물질들이 위와 같은 독특한 특성을 갖는 이유는 이들의 표면적이 대단히 크다는 점이 큰 기여를 하고 있다. 입자의 크기가 작아질수록 표면 원자가 차지하는 비율이 높아지는데 열역학적인 관점에서 보면 표면을 구성하는 원자들은 내부에 위치한 원자보다 에너지가 높기 때문에 나노 물질은 벌크 물질보다 단위당 높은 에너지를 나타내는데 이를 양자크기 효과(quantum size effect)라 한다. 이런 양자크기 효과 때문에 나노 물질의 가공시 유용성, 촉매로 사용시 높은 활성력, 흥미로운 광학적 성질을 나타낸다. 따라서 나노 크기의 물질들이 발현하는 다양하고 독특한 물리 및 화학적 성질을 찾아내고, 병행하여 서로 조합시켜 매우 유용한 성질의 소재, device, syste을 생산하는 나노기술을 개발할 수 있으며, 무한히 새로운 물질을 창조할 수 있다.나노의 사용분야에 대해서 알아보자 제약 및 의료영역은 나노기술 적용이 가장 활발히 이루어지고 있는 영역 중 하나다. 나노기술을 이용한 DNA칩은 인간의 갖가지 질병을 빠르게 진단하는 한편, 항생제를 비롯한 다양한 의약품을 개발하는데 중요한 역할을 하고 있다. 노스웨스턴 대학 나노기술연구소의 채드 머킨 소장은 “나노튜브를 적용한 칩은 일반 연구실에서 진행하는 실험을 10만배나 빠르게 수행할 수 있으며, 실험정밀도도 10만배 높일 수 있다”고 설명했다. 부작용을 최소화하면서 약효를 최대화할 수 있는 의약품의 개발에는 지름 1nm의 풀러렌(일명 버키볼)이 큰 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다. 축구공처럼 둥근 버키볼은 제조과정을 통해 특정한 세포의 수용체에만 결합하도록 만들어 질 수 있다. 이 버키볼에 치료물질을 주입해 환자에게 투약하면 필요한 부위에만 선택적으로 작용, 각종 암과 에이즈 등 치명적인 질병에 효과적으로 대처할 수 있을 것으로 예상된다. 나노튜브도 훌륭한 의약품으로 활약이 기대되는 물질이다. 지름이 1.4nm에 불과한 나노튜브는 환자에게 아무런 통증도 유발하지 않고 피부를 통과할 수 있다. 캘리포니아주 비스타에 위치한 테라퓨즈(Therafuse)는 이점을 이용, 당뇨병 환자용 패치를 개발하고 있다. 이 패치에 부착된 나노튜브는 수시로 미량의 혈액을 채취하고, 혈당량 측정에 따라 인슐린을 체내에 주입한다.가전 및 자동차에도 사용된다.삼성전자와 모토롤러를 비롯한 세계적인 전자업체들은 TV, PC 모니터, 휴대기기 스크린 등에 사용되는 나노기술 부품의 개발을 서두르고 있다. 현재의 액정표시장치(LCD)는 전력효율성의 향상에도 불구하고, 여전히 배터리에 할당되는 공간이 너무 크다는 문제점을 안고 있다. 반면 나노튜브를 이용한 디스플레이는 사용전력을 크게 낮춤으로써 절전효과는 물론, 제품의 크기도 줄일 수 있다. 전문가들은 빠르면 내년 말까지 나노튜브 TV의 등장이 가능할 것으로 내다보고 있다.나노튜브는 배터리분야에서도 혁신적인 발전을 예고한다. 탄소 나노튜브와 나노크기의 리튬입자를 결합한 충전지는 고에너지 밀도를 유지, 기존제품에 비해 2배나 오래 가면서도 더욱 빠르게 재충전할 수 있다. 탄소 나노튜브는 지금까지 발견된 물질 중 가장 열전도도가 높다. 이같은 특성은 미래의 자동차로 각광받는 전기자동차에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 보인다. 즉 운전자가 브레이크를 밟으면, 그 열이 고스란히 전기로 전환돼 자동차 배터리를 재충전하는게 사용될 수 있는 것이다. 컴퓨터와 반도체 분야에서도 나노기술개발에 대한 투자는 활발하다. IBM, HP, 히타치 등 몇몇 업체들은 지난해 프로토타입의 탄소나노튜브 회로를 만든데 이어 현재 나노튜브 트랜지스터의 개발을 진행하고 있다. 실리콘 반도체가 향후 10년간은 건재할 것이라는 전망도 있지만, 탄소나노튜브가 실리콘의 뒤를 이을 가장 유력한 반도체 재료의 하나라는 데는 이의가 없는 상황이다.

공학/기술| 2002.10.25| 6페이지| 1,000원| 조회(295)

나노, 세미나, 생면공학

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