나노공학 - 나노기술이란.

나노기술이란

 

개요

눈에 보이지도 않는 밑바닥에서의 작은 움직임[1]들이 우리 생활의 많은 부분들에 적용되고 있다. 미시적 세계에서의 원자와 분자의 조작이지만 이러한 조작들이 물질의 새로운 특성을 만들고 이를 응용하게 하는 것이 나노공학이다. 이 나노공학으로 반도체의 속도가 빨라지고 처리용량이 많아지는 것에서부터 시작해 많은 IT기기 들이 더 많은 기능이 들어감에도 소형화되고 있으며 이러한 나노공학이 IT산업 이외에도 화장품, 의료 분야에도 확대되고 있다. 현재 많은 나노기술이 상품들에 적용이 되고 있지만, 앞으로 이 나노공학은 단순히 상품에의 적용뿐만 아니라 많은 생활을 변화시킬 것이다.

 

 

1. 서론

 

나노는 난쟁이라는 뜻의 그리스어 nanos에서 유래된 말로 난쟁이라는 말로 1nm=10^-9m이다. 1나노미터는 약 수소원자 10개를 일렬로 배열한 길이로써 원자스케일의 단위이다.

나노공학이란 이 나노라는 접두어에서 짐작할 수 있듯이 나노단위에서의 물질을 조작하는 공학이다.

동일한 물질이라도 다른 특성을 가질 수가 있다. 흔히 알고 있는 예로 다이아몬드와 흑연은 같은 탄소로 이루어져있지만 구조적인 차이 때문에 강도와 열전도율 등 많은 특성이 달라진다. 이 때문에 같은 물질로 이루어져있음에도 각각 다른 용도로 쓰이는데 나노공학도 마찬가지로 같은 물질에서 새로운 특성을 얻어 여러 가지 분야에 쓰이고 있다.

 

 

또한 이러한 새로운 특성들로부터 다양한 산업에서 응용이 가능하기 때문에 점점 그에 해당하는 시장도 커지고 있는 추세이다.

Fig1. The structure of Diamond(Right) and graphite(Left)[2]

 

 

 

2. 나노공학이란 무엇인가

        

1959년 Richard P. Feynman이 “There’s Plenty of Room at the Bottom”이라는 제목으로 1959년 12월 29일 미국 물리학회 초청강연에서 원자 수준에서 물질을 조작하여 백과사전 전권을 핀머리에 기록하고, 인공적으로 새로운 물질의 특성을 얻어낼 수 있을 것이라고 강연하며 처음으로 나노기술의 개념에 대해 제시를 했다. 

본격적으로 나노기술이라는 용어가 사용된 것은 파인만이 나노기술의 개념을 처음으로 제시한지 27년 후인 1986년에 Eric Drexler가 그의 저서 창조의 엔진에서 원자와 분자들을 개별적으로 조작하여 물질의 새로운 특성을 만들어내는 미래의 기술을 나노 기술이라고 부르자고 제안한 후로 전 세계적으로 나노기술이라는 용어가 사용되고 있다.[3]

나노공학은 분자와 원자 수준인 1nm에서 100 nm까지의 범위에서 물질을 다루는 기술이다. 이러한 원자 수준에서 물질을 조작하여 새로운 물질의 특성을 만들어 낼 수 있다. 예를 들어 흔히 금색이라고 칭하는 금은 20nm 이하 크기에서는 빨간색으로 변하며 촉매로 쓸 만큼 화학반응이 활성화 된다. 왜냐하면 작은 크기 때문에 전체 표면적이 넓어지게 되는데 이러한 표면적의 증가로 인해 기존 물질과 다른 새로운 상태의 구조와 특성을 갖게 되기 때문이다. 표면적의 증가로 인한 특성 변화 외에도 구조적인 변화와 다른 물질들과의 합성을 통해 여러가지 특성을 만들 수 있다.

 

 

3. 나노공학의 적용

 

물질은 각각의 물질마다 강도, 전기전도도, 열전도율 등 다양한 특성을 가지고 있다. 이러한 특성은 구성 원자들의 종류, 배열, 결합, 구조가 큰 역할을 하는데 나노기술을 이용하여 이것들을 조작하여 새로운 특성을 만들 수가 있다.

나노공학은 새로운 특성을 가진 신물질을 만들어 내는것이기 때문에 많은 산업에서 다양하게 적용되는 기반학문인 화학과 마찬가지로 전기전자, IT, 에너지, 환경산업, 의료산업 등등 여러 산업에 적용이 가능한 기반기술이며, Information technology(IT)와 Bio technology(BT) 등의 학문과 융합하여 더욱 빠른 발전을 하고 있다. 또한 오염이 없는 재생가능한 에너지의 생산, 외과적 수술없이 치료할 수 있는 치료용 나노로봇의 개발, 지리적인 제약이 사라짐으로 인한 유통구조의 변화 등 많은 변화를 가져올 수 있다.

2000년에 미국이 국가 나노기술 전략을 발표하였다. 미국의 이런 발표로 세계적으로 나노기술에 대해 국가적 관심을 가지게 된 계기가 되었다. 이 새로운 신기술이 산업 전반에서 많은 영향을 끼치고 있고 많은 잠재성을 가진 미개척 분야이고 국가의 기술경쟁력을 높일 수 있는 기회이니만큼 많은 국가들이 국가적 관심을 가지고 많은 투자를 하고 있다.

국가적 관심이 높아진 것 뿐만이 아니라 모든 생활 전반에 응용되기 때문에 세계적으로 나노기술의 시장의 규모와 범위도 점점 커지고 있다.  2002년과 2003년에는 거의 나노물질이 주였던 시장구조에서 2008년대 들어서면서부터 나노물질뿐만아니라 관련 도구와 장비들의 산업까지 커지고 있다. (Fig.2)

그리고 주로 나노공학이 적용되던 자동차 부분 이외에도 전기전자제품, 식음료,가정상품등등의 다양한 상품으로 적용한 시장도 커지고 있다.

 

Fig2. GLOBAL NANOTECHNOLOGY MARKET, 2002-2008 ($ MILLIONS) [4]

 

 

Fig3. GLOBAL VALUE OF NANO INPUTS BY TYPE OF CONSUMER PRODUCT, 2004-2010 ($ MILLIONS) [5]

 

 

 

4. 나노공학의 적용예

 

4.1 DRUG DELIVERY

기존의 약물치료들은 정상세포와 암세포 구분하지 않고 침투하기 때문에 정상세포의 궤멸도 부작용으로 꼽는다. 그러나 나노공학을 적용하여 암세포만을 골라서 치료할수 있는 DRUG DELIVERY를 만들 수 있다.

 

4.2 은나노 [6]

은나노 입자 가 박테리아의 세포벽과 세포막에 손상을 일으킨 후 세포 내로 침투해 박테리아를 파괴한다. 이를 응용하여 은나노 세탁기가 출시되고 있다.

 

4.3 나노 촉매 기술  [7]

  나노입자 크기의 티타늄다이옥사이드(TiO2)는 강력한 광촉매제로 대기로부터 수중에 유입된 산소와 결합하여 수중에서 생물학적 분해라 어려운 유기 오염물질을 분해시키는 작용을 한다.  

 

 

5. 요약

나노단위에서 물질을 다루는 나노공학은 기존의 물질로부터 새로운 특성을 얻어낼 수 있다. 그리고 산업 전반에 응용을 할 수가 있고 더 나아가 새로운 산업을 창출 해 낼 수 있기 때문에 그 중요성과 잠재성이 크다. 그래서 각 국가마다 큰 관심을 보이고 있으며, 전세계적으로 시장이 커지고 있다.  

 

 

6. 참고 문헌

[1] Richard P. Feynman, “There’s Plenty of Room at the Bottom” -  1959.12.19

[2] http://blog.naver.com/strategicdh/70047016794

[3] 이인식, 나노기술 – 인간의 상상력을 시험한다.

 크로스로드(http://crossroads.apctp.org)

[4],[5] BCC RESEARCH

[6] http://www.hankyung.com/news/app/newsview.php?aid=2008050169191&intype=1

[7] www.konetic.or.kr , 나노 물질을 이용한 환경기술

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참고문헌 1번, 4번,5번의 출처가 불분명. 
나노 기술 자체에 대한 설명이 빈약한 느낌
2번과 3번 카테고리 구성은 필요하다고 생각되나, 개연성이 좀 떨어지고 내용 구성이 산만함.
4번 역시 안 넣으니 못한 너무 간략한 설명이며 산만함. 허나 분량 때문에 넣었던 것으로 기억

기초 개념 자체에 관한 서술이라 구성이 어려웠음.. 지금 생각해도 구성이 어려움