재미있는 나노과학기술 여행

강찬형 , 금동화 , 김긍호 , 서상희 , 나노기술연구협의회 지음

양문출판사 2006년 12월 29일 출간 종이책 : 2006년 12월 20일 출간

작품소개

책소개

『한국과학문화재단』총서《재미있는 나노 과학기술 여행》. 이 책은 일상생활에서 응용되고 활용되는 나노의 세계와 기술들을 설명한다.

《재미있는 나노 과학기술 여행》에는 우리 조상들이 이용한 나노기술과 최첨단 기술에 활용되는 나노기술, 우리나라 나노 기술의 현황 등에 관하여 정리했다.

목차

머리말｜21세기 미래를 이끌어가는 나노과학기술

1. 나노과학기술이 우리의 꿈을 실현한다
나노과학기술이란 무엇인가
나노구조 관찰하기
나노구조 따라하기
옛사람들이 이용한 나노기술

2. 인간은 자연에서 나노기술을 배운다
자연은 나노과학기술의 보물창고
때가 타지 않고 물에 젖지도 않는 연잎 효과
아름다운 공작새 깃털에 숨어 있는 색깔의 비밀
모르포 나비를 모방한 광결정 소자
영롱한 오팔의 빛을 이용한 코팅기술
자석 박테리아를 이용한 하드디스크
거미줄에서 배우는 방탄섬유
도마뱀붙이에게 배우는 나노접착제
체온을 조절하는 땅벌에게 배운 열전 반도체
갑옷 같은 전복껍질의 구조를 모방한 장갑차

3. 나노소재가 미래를 창조한다
꿈의 자동차에 이용되는 나노기술
나노기술이 에너지와 환경 문제를 해결한다

4. 나노기술이 IT산업을 주도한다
나노기술은 디지털 정보화 시대의 핵심
나노기술로 용량을 높이는 하드디스크
디지털 영상시대의 광디스크인 블루레이 디스크
엄청난 양의 정보를 저장하는 반도체 메모리 소자
반도체 조명의 시대를 여는 LED

5. 나노가 인간의 생활을 바꾼다
스포츠 기구에 이용되는 나노기술
나노기술이 적용된 테니스공과 골프공
운동선수를 보호하는 고기능 조깅운동화와 운동복
바람의 저항력은 높이고 물의 저항력은 줄이는 요트
살균성과 항균성이 뛰어난 은나노 입자
피부를 보호하고 노화를 방지하는 나노화장품
자외선의 침투를 막아주는 선크림

6. 나노기술이 가져올 미래 세상

부록｜나노기술의 시장전망과 종합발전계획

출판사 서평

세상을 바꾸는 작은 세계, 나노기술을 읽는다!

미래의 기술혁명을 주도할 나노기술은 정보기술(IT), 생명공학기술(BT), 환경에너지기술(ET) 등의 핵심적인 기반기술로서 우리 삶의 여러 분야에서 활용이 증대되고 있다. 선진국에서는 국가적으로 나노 관련 정책을 수립하여 다양한 분야에서 나노 원천기술 및 응용기술을 개발하고 소재의 산업화를 추진하고 있다. 우리 일상생활에도 은나노 세탁기와 은나노 화장품 등 생활상품을 비롯한 나노소재기술들이 이미 상용화되었고 자동차, 컴퓨터, 스포츠용품 등에도 다양하게 적용되어 우리 생활을 더욱 윤택하게 하고 있다.
이러한 나노기술은 우리 인류가 자연에서 배우고 모방하는 것에서 비롯된다. 예를 들어 식물의 잎과 줄기를 현미경으로 확대하면 나노 크기의 모양을 관찰할 수 있으며, 흙속에 묻혀 있는 광물에도 나노소재가 숨겨져 있다. 결론적으로 자연은 나노기술과 나노소재의 보물창고라 할 수 있다. 물에 젖지 않는 연잎, 천장을 마음대로 걸어다니는 파리와 곤충, 아름다운 색깔을 가진 공작새와 나비의 깃털, 보석과 장식에 쓰이는 오팔과 전복껍질, 체온을 마음대로 조절하는 땅벌, 오염된 환경을 정화하는 규조토 등 우리가 활용할 수 있는 자연 속의 나노소재는 무궁무진하다.
한국과학문화재단 과학문화총서의 두번째 책인 <재미있는 나노과학기술 여행-작은 것의 혁명, 나노기술이 세상을 바꾼다>에서 저자들은 어렵고 먼 세계의 과학이 아니라 우리 생활에서 응용되고 활용되는 나노의 작은 세계를 살펴봄으로써 나노기술들을 재미있게 읽히도록 하고 있다. 또한 우리 조상들이 이용한 나노기술과 최첨단기술에 활용되는 나노기술을 상세하게 설명하며, 우리나라 나노기술의 현황도 꼼꼼하게 살펴보고 있다. 더 나아가 저자들은 10분의 1 수준의 작은 세계, 즉 나노기술로 인한 사회적ㆍ경제적 파장까지 전망하고 있다.

눈으로 볼 수 없는 작은 세계의 탐구, 나노과학기술

‘나노(nano)'라는 단어는 최근 우리 일상생활에서 가장 흔히 접하는 말 중 하나다. 그중에서도 은나노, 나노공정, 탄소나노튜브 등은 이제 나노기술이 우리 시대와 뗄 수 없는 관계라는 것을 잘 보여준다. 그러나 우리는 나노를 과학적으로 인식하기보다는 단순히 ‘아주 작은 입자’ 정도로만 생각할 뿐이다. 나노는 그리스어 난쟁이(nanos)에서 유래한 말로 10억 분의 1미터의 크기이다. 즉 눈으로는 볼 수 없는 세계, 전자현미경을 통해야만 접근이 가능한 초미세 세계가 나노의 세계이다. 따라서 나노기술은 10억 분의 1 수준의 원자나 분자 단위를 다루는 초미세 가공 과학기술을 의미한다.
현대 나노기술은 1959년 한 강연에서 리처드 파인먼 교수가 ‘브리태니커 백과사전의 모든 내용을 하나의 핀 머리에 기록할 수 있다’고 제안함으로써 시작되었고, 1981년 스위스 IBM연구소가 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사터널링 현미경(STM)을 개발하면서부터 비약적으로 발전하였다. 화학, 물리학, 생물학, 재료공학, 전자학, 기계공학 등 많은 분야의 전문가들이 함께 연구하고 개발하는 학문이자 기술 분야인 나노과학기술은 초미세 세계에 대한 탐구를 통해 DNA구조를 이용한 동식물의 복제나 강철섬유 등의 새로운 물질을 제조한다. 또한 전자공학 분야에서는 초정밀 집적회로 등의 기술을 비약적으로 향상시킬 것이다. 따라서 과학자들은 하나같이 20세기가 마이크로미터의 세계였다면 21세기는 나노의 세계가 지배할 것이라고 전망하고 있다.


인간은 자연에서 나노기술을 배운다

인류는 자연현상을 배우고 이를 응용해서 과학기술을 발전시켰다. 자연은 인간의 가장 훌륭한 스승인 동시에 과학기술의 보물창고인 것이다. 현대 과학기술이 발달함으로써 인간이 자연을 관찰하고 연구하여 이로부터 배워서 이용할 수 있는 방법도 더욱 다양해졌다. 동물과 식물의 작은 모습을 크게 확대하여 상세하게 관찰할 수 있게 됨에 따라 자연계가 감추고 있는 나노소재의 비밀이 속속 밝혀지고 있으며, 자연을 배우고 모방한 새로운 소재도 많이 개발되고 있다.
예를 들어 식물의 잎과 줄기를 현미경으로 확대하면 나노 크기의 모양을 관찰할 수 있으며, 흙속에 묻혀 있는 광물에도 나노소재가 숨겨져 있다. 연잎이 더러워지지 않고 항상 깨끗한 자태를 유지하는 현상에서 때가 덜 묻거나 쉽게 세탁할 수 있는 의복과 코팅 기술이 상품으로 개발되고, 바다에 사는 돌말이 침적되어 지층을 형성한 규조토를 모방하여 다공질 필터가 오염된 환경 정화에 쓰이고 있다. 또한 벽과 천장을 빠르게 걸어다닐 수 있는 도마뱀붙이의 발가락을 모방해 새로운 접착제를 개발하기 위해서도 많은 노력과 돈을 투자하고 있다. 작으면서도 성능이 뛰어난 광통신용 부품을 개발하기 위해서 공작새 깃털 속에 숨겨진 독특한 나노소재를 모방하는 연구도 새로운 첨단 분야로 부각되고 있다.
결과적으로 자연은 나노과학과 나노기술의 보물창고이며, 나노기술을 연구하는 과학자들에게는 새롭게 도전할 프런티어(frontier)라 할 수 있다. 인류는 나노 세계를 관찰하는 눈을 가짐으로써 다시 한번 자연의 보물을 문명의 발전에 사용할 수 있게 된 것이다.


나노기술이 인류의 미래를 바꾼다

정보기술(IT), 생명공학기술(BT), 환경에너지기술(ET) 등의 핵심적 기반기술인 나노기술이 미래의 기술혁명을 주도할 것이라는 사실에 과학자들은 이의를 제기하지 않는다. 이는 그만큼 나노소재기술들이 상용화되었고, 나노기술이 우리 생활의 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있기 때문이다. 자동차에서는 3원 촉매를 이용해 유해한 배기가스를 무해한 가스로 정화시키고, 공해를 줄이고 연비를 높일 뿐만 아니라 잘 닳지 않는 타이어나 원형을 유지하는 페인트 등에서도 나노기술을 이용한다. 또한 현재 인류에게 닥친 가장 큰 재앙 가운데 하나인 화석연료의 고갈과 그로 인한 환경문제 해결에도 나노기술이 관여한다. 디지털 정보화 시대 IT산업의 기반이 되는 컴퓨터 관련 각종 전자제품, 즉 하드디스크, DVD, 반도체 메모리 소자, 발광다이오드(LED) 등의 성능을 향상시키는 기반기술도 바로 나노기술이다. 그 외에도 피부를 보호하고 노화를 방지하는 화장품, 자외선 침투를 막아주는 선크림, 그리고 운동선수의 안전과 경기력 향상을 위한 스포츠용품 등에도 나노기술이 적용된다.
이러한 중요성으로 인해 선진국을 비롯한 각국에서는 국가적으로 나노 관련 정책을 수립하여 다양한 분야에서 나노 원천기술과 응용기술을 개발하고, 소재 등의 개발과 산업화를 추진하고 있다. 우리나라에서도 2015년까지 세계 최고 수준으로 실용화할 나노소자, 나노소재ㆍ환경에너지, 나노바이오, 나노공정ㆍ장비 분야의 나노기술 30개를 선정하여 연구개발을 추진하고 있다. 나노기술이 곧 국가의 미래 경쟁력이기 때문이다.

작가정보

저자(글) 강찬형

강찬형
서울대학교에서 금속공학 학사, 한국과학기술원(KAIST)에서 재료공학 석사학위를 각각 취득하였다. 그후 1982년까지 한국과학기술연구원(KIST)에서 재료시험 및 철강재료 분야 연구원으로 근무하다가 미국 MIT에 유학하여 1988년 전자재료 박사학위를 받았다. MIT 졸업 후 귀국하여 대우그룹 반도체사업 부문에서 연구개발과 신사업기획 등을 담당하였고, 대우전자와 유럽 반도체회사인 ST Microelectronics의 합작회사인 대우ST반도체설계(주)의 대표이사를 역임하였다. 2002년부터 나노소재기술개발사업단에서 기술기획 업무를 담당하다가 2004년부터 한국산업기술대학교 신소재공학과 교수로 재직중이다.

금동화
서울대학교 공과대학 금속공학과를 졸업한 후 GM Korea에서 근무하였다. 1983년 미국 스탠포드대학교에서 금속의 초소성 변형에 관한 연구로 공학박사 학위를 받았고, 1985년부터 한국과학기술연구원 재료연구부 책임연구원으로 재직하고 있다. 한국과학기술기획평가원 연구기획관리단장과 한국과학기술연구원 부원장을 역임하였고, 현재 원장직을 수행하고 있다. 관심 있는 연구 분야로는 경량합금의 개발, 금속의 초소성 변형, 광소자용 반도체 재료 개발 등이며, 학술활동으로 한국전자현미경학회 회장, 대한금속재료학회 부회장을 역임하였고 한국공학한림원의 정회원으로 활동하고 있다.

김긍호
연세대학교 공과대학 금속공학과를 졸업한 후 5년간 국방과학연구소에서 연구원으로 재직하면서 방위소재 개발에 참여하였다. 미국 워싱턴대학(시애틀)에서 세라믹공학 석사학위와 경량 금속-세라믹 복합소재의 미세구조 분석에 관한 연구로 재료공학 박사학위를 받은 뒤, 1995년부터 현재까지 한국과학기술연구원 나노재료연구센터에서 첨단소재개발 연구에 참여하고 있다. 관심 있는 연구 분야는 생체모방 재료, 전자현미경을 활용한 나노재료의 미세구조 분석과 고체산화물 연료전지용 세라믹 소재개발 등이다.

서상희
서울대학교 공과대학 금속공학과를 졸업하고 한국과학기술원에서 재료공학 석사를 취득한 후 지금까지 한국과학기술연구원에서 근무하고 있다. 미국 노스웨스턴대학교에서 고온변형재료 조직의 X-선 분석연구로 재료공학박사학위를 받았고, 1985년에는 1년간 미국 스탠포드대학교에서 적외선 센서용 반도체 재료를 연구하였다. 이후 적외선 센서용 반도체 재료 및 소자와 청색발광다이오드 반도체 소자 연구에 집중하여 100여 편의 관련 논문을 발표하였으며, 제1회 송곡과학기술상과 KIST인대상을 수상하였다. 2002년부터는 정부의 21세기 프론티어연구개발사업 중 하나인 나노소재기술개발사업단 단장을 맡아 우리나라 나노소재기술개발의 선도적인 역할을 하고 있으며, 나노기술연구협의회의 부회장직도 맡고 있다.

나노기술연구협의회
나노기술연구협의회(www.kontrs.or.kr)는 국내 나노기술의 발전 및 저변 확대를 위해 2004년 1월 ‘나노기술촉진법 제7조’에 의거하여 설립된 사단법인이다. 본 협의회는 학·연·산 연구주체 간의 정보교류를 활성화하고 네트워크를 구축하여 국내 나노기술 연구개발의 협동연구를 추진하며, 나노기술 분야의 인력 양성 및 선택과 집중이 필요한 R&D 분야를 발굴하고, 나노과학기술과 산업의 연계를 통한 실효성 있는 기술개발 유도를 목적으로 하고 있다. 주요 활동으로는 국내외 나노관련 인력, 기업 등의 현황분석 및 중장기 발전계획 수립, 국가간 나노기술 연구개발 협력체제 구축 및 국제 학술토론회 개최, NT기술 관련 교육·인력양성, 기술동향 파악 및 정보교류 마련 등을 들 수 있으며, 2006년 현재 서울대학교 한민구 교수가 협의회 회장을 맡고 있다.

저자(글) 금동화

저자(글) 김긍호

저자(글) 서상희

저자(글) 나노기술연구협의회