‘나노기술’은 굉장히 익숙한 단어지만 머릿속에 떠오르는 이미지는 사람마다 다르다. 반도체와 그래핀, 탄소나노튜브 등 종류와 활용처가 매우 다양하기 때문이다. 이 작은 세계를 건설하기 위해 과학자들은 어떤 노력을 기울이고 있을까. 두 가지 키워드로 알아보자. 나노스. 그리스어로 난쟁이라는 뜻이다. 10억 분의 1m에 불과한 나노 세계를 표현하기 위해 과학자들은 아주 적절한 이름을 붙였다. 탄소나노튜브와 은나노입자를 번역하면 난쟁이 탄소관, 난쟁이 은입자 정도로 부를 수 있다. 결국 나노기술이란 원하는 형태의 난쟁이 물질들을 만들거나, 물질을 구성하는 난쟁이들인 원자와 분자를 의도한대로 조절하는 기술을 말한다. 어떻게 과학자들은 이런 난쟁이들을 마음대로 주무르는 걸까. 과학자들이 나노세계에 접근하는 방법은 크게 두 가지다. 조각가처럼 물질을 깎거나, 물질을 블록처럼 쌓는 방법이다. 먼저 물질을 깎아서 원하는 나노구조를 만드는 기술부터 알아보자. 열전도도 측정을 위해 고분자 필름을 코팅해서 만든 그래핀 열전소재 샘플(위 동그라미)과 전기전도도와 열전 성능을 측정하기 위해 제작한 샘플(아래 동그라미). - KIST 제공 깎다
연구팀은 ‘나노리소그래피’라는 정교한 깎기 기술을 이용해 그래핀에 구멍을 뚫을 수 있었다. 리소그래피는 ‘리소스(Lothos, 돌)’와 ‘그라페인(Graphein, 쓰다)’이라는 그리스어에서 유래한 단어로, 인쇄술의 한 분야다. 나노리소그래피는 나노미터 단위의 인쇄술이라고 할 수 있다.
한국과학기술연구원(KIST) 연구팀이 개발한 4인치 퀀텀닷 디스플레이. 기존 퀀텀닷 TV는 백색광 퀀텀닷 광원에 액정표시장치(LCD)를 붙인 ‘반쪽짜리’였던 반면, KIST 연구팀이 만든 디스플레이는 100% 퀀텀닷으로만 이뤄져 있다. - KIST 제공 쌓다
2016년 노벨 화학상 수상자 베르나르트 페링하 네덜란드 흐로닝언대 교수팀이 만든 나노자동차. 빛과 열에 의해 한 방향으로 회전하는 분자모터 4개를 이용해 만들었다. - 노벨상위원회 제공 작년 노벨화학상의 주인공인 ‘분자기계’처럼 적극적으로, 원하는 나노분자를 설계해서 만들 수도 있다. 노벨상 수상자들은 화학반응으로 몇 종류의 분자를 정교하게 조작해 분자 엘리베이터와 분자 인공근육, 분자 모터 등을 만들었다. 2011년에는 빛과 열에 의해 고체 표면 위에서 앞으로 움직이는 나노자동차까지 개발했다. 과학자들은 기술이 발전하면 몸속에서 암세포를 찾아 파괴하는 나노로봇처럼 원하는 분자기계를 설계해서 만들 수도 있을 것이라 전망한다.
● 내가 만드는 미래 나노기술 나노영챌린지 2017
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