투명한 스마트폰을 만드는 기술, 그래핀(Graphene)으로는 가능하다!


여러분은 투명한 스마트폰을 상상해보신 적이 있나요? 가볍고, 접힐 수도 있으며, 모양도 변화시킬 수 있는 전자기기를 가지게 된다면 우리 삶에 어떤 변화가 오게 될까요? ‘그래핀(Graphene)’은 바로 이런 투명한 전자기기를 꿈이 아닌 현실로 만들 수 있게 해주는 새로운 ‘나노소재’입니다.

1mm 보다 1,000,000배 작은 1나노미터, 얼마나 작은 것일까요? @Kevin Steinhardt / http://www.flickr.com/photos/kevinsteinhardt/2430519483


그래핀에 대해 알아보기 전에 ‘나노테크놀로지’에 대해 먼저 알아볼까요?
‘나노(Nano)’란 10의 –9승을 뜻하는 말로, 1nm(나노미터)는 머리카락 굵기의 만분의 1을 나타냅니다. 우리 몸의 DNA의 지름이 1nm라면 감이 오시나요? 단백질 구조체, DNA, 원자나 분자구조 쯤 가야 비로소 나노세계를 다루고 있다고 말할 수 있습니다.

이렇게 나노 크기의 작은 물질을 분자, 원자수준에서 다루고 통제, 조작하는 기술나노테크놀로지라고 합니다. 나노테크놀로지는 현재 나노크기의 의학용 로봇 제작, 미세하고 강력한 섬유조직 제작 등 다양한 곳에 적용될 수 있으며, 최근에도 전자, 기계, 화학, 생물, 물리 등 다양한 과학 분야의 융합과 협동연구를 통해 발전되고 있습니다.

이제 큰 로봇은 그만! 눈에 보이지 않는 나노 스케일의 의학용 로봇이 우리 몸속으로 들어가서 병을 고쳐줄 시대가 올지도 몰라요. @Mark Strozier / http://www.flickr.com/photos/r80o/39304743


그래핀(Graphene)
은 나노테크놀로지에서 최근 각광받고 있는 탄소 나노 소재입니다. 그래핀은 흑연으로부터 분리된 한 층의 원자구조층입니다.

그래핀의 구조 @University of Exeter / http://www.flickr.com/photos/26126239@N02/5010857279


연필심의 재료가 되는 흑연은 육각형의 탄소구조체가 여러 겹으로 겹쳐져서 이루어진 층상구조를 가지고 있습니다. 평평한 층 구조체가 층과 층 사이에 약한 결합을 하면서 흑연을 구성하고 있기 때문에 우리가 연필을 사용하면 층이 자연스럽게 밀리면서 종이에 흑연이 떨어지게 되고, 글씨를 쓸 수 있게 됩니다. 그래핀은 이 흑연에서 한 층만 분리한 구조체를 말합니다. 인류가 최초로 분리해낸 ‘원자 한 층’의 물질입니다.

흑연과 다이아몬드의 구조 @Ryan Somma / http://www.flickr.com/photos/ideonexus/2269434882/


그래핀을 분리
하기 위해 과학자들은 수많은 노력을 해왔습니다. 단일층으로 이루어진 그래핀은 찢어지기 쉽고 매우 얇기 때문에 많은 실패가 뒤따랐지만, 최초로 그래핀을 분리한 사람은 상당히 창의적인 방법을 사용했습니다. 

바로 ‘스카치테이프’입니다. 영국 맨체스터 대학의 안드레 가임 교수와 연구원 콘스탄틴 노보셀로프 박사는 흑연에 스카치테이프를 붙였다 떼서 몇겹의 그래핀을 분리한 뒤에, 다시 그 스카치테이프를 새로운 스카치테이프에 붙였다 떼는 과정을 10번 정도 반복해 한 겹의 그래핀으로 분리하였습니다. 최근에는 산화환원을 이용한 분리법 등 다른 방법으로도 그래핀을 분리해내는 방법이 개발되고 있으며 연구 중입니다. 이에 대해 좀 더 자세히 알고 싶으신 분들은 '꿈의 나노물질' 그래핀, 상용화의 길 열린다!‘(http://nstckorea.tistory.com/315) 를 참고하시기 바랍니다.

그래핀은 다른 나노 구조체가 가지지 않는 특이한 성질을 가지고 있습니다. 기존의 반도체 소재인 실리콘보다 전기의 흐름이 최소 100만 배 이상 빨라질 수 있으며, 구부리거나 늘려도 전기전도성이 사라지지 않습니다. 또한 빛을 98% 통과시킬 만큼 투명하며, 구리보다 1000배나 빨리 전류를 흘려보낼 수 있습니다.

반도체를 구성하는 물질도 이제 그래핀으로 변화하게 될까요? @Uwe Hermannhttp://www.flickr.com/photos/uwehermann/5434171135/


뿐만 아니라 벌집모양의 구조 덕분에 충격에 강하며 강철보다 200배 더 강한 강도를 가지고 있습니다. 또한 다른 물질과의 결합이 쉽기 때문에, 그래핀을 소량 첨가하는 것만으로도 기존 물질의 강도나 전기전도도를 늘릴 수 있습니다.

이렇게 특이한 성질 덕분에 활용가능성이 높으며, 최근 이런 성질들을 효과적으로 유지, 활용하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 하지만 아직 물질이 안정하지 않기 때문에 응용하고 활용하는 연구보다는 기초적인 물성에 관한 연구에 집중하고 있는 상태입니다.

종이처럼 얇은 스마트폰, 접어서 주머니에 넣고 다닐 수 있는 컴퓨터부터 화재에도 강한 재질의 옷, 나노 의학 로봇까지 그래핀의 미래는, 나노테크놀로지의 미래는 우리가 상상하는 것보다 더 발전 할 것입니다. 그것이 10년 후가 될 지, 20년 후가 될 지는 당신의 상상력, 당신의 손에 달렸습니다. 



영상 : https://www.youtube.com/embed/0EaaZcAYRFo 성균관 대학 그래핀 연구 실험실에서 제작(http://chem.skku.edu/graphene)

 


 

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

당신의 상식을 뒤집어라!
이그노벨상(Improbable Genuine Nobel)


2011년 올해도 어김없이 이그노벨상 시상식이 진행됐습니다. 항상 노벨상 수상전에 발표하는 이그노벨상 인지라 이번에는 어떤 아이디어가 수상하게 될 지 관심이 모아졌는데요. 기대를 저버리지 않는 아이디어들이 올해도 어김없이 등장했습니다.

그럼 올해의 이그노벨상 수상작을 알려드리기에 앞서, 먼저 이그노벨상에 대해 알아볼까요?

먼저 웃게 하고 그 다음 생각하게 하는 연구

이그노벨상은 "불명예스러운"이라는 뜻의 영어 단어 ‘이그노블(Ignoble)’과 ‘노벨(Nobel)’의 합성어로, 미국 하버드 대학의 유머 과학잡지인 ‘AIR(Annals of Improbable Research 있을 법하지 않은 연구 연보)’의 발행인 마크 에이브러햄스가 1991년 제정한 상입니다. 이그노벨상의 첫 시상식은 MIT에서 열렸는데요, 이 자리에는 실제 노벨상 수상자 4명이 초대되었으며 두 번째 시상식 때부터 1,000여 명의 관중이 무대를 향해 수상자에게 종이비행기를 날리는 것이 전통으로 자리 잡게 됩니다. MIT 학교에서 시상식을 열던 이그노벨상은 학교 측의 반대로 5회째부터는 하버드로 자리를 옮겼고, 그 후 지금까지 하버드가 시상식 장소로 이용되고 있습니다.                                                       출처 : http://www.improbable.com/ig/

이그노벨상은 진짜 노벨상 시상식이 열리기 1주일 전에 열리는데 상금도 없고, 시상식에 참가할 교통비도, 숙박료도 지급되지 않습니다. 하지만 시상식에는 대부분의 수상자들이 자비를 들여 참석한다고 하니 이그노벨상에 대한 과학자들의 애정이 얼마나 큰 지 알 수 있을 것 같습니다. 사실 이그노벨상은 단순하게 보자면 노벨상을 패러디 한 상이지만, 최근에는 노벨상만큼이나 사람들의 주목을 받고 있는 상이기도 합니다. 물론 그 가치도 인정받고 있죠.

마크 에이브러햄스는 그의 저서에서 이그노벨상에 대해 이렇게 전하고 있습니다. 

 "... 이런 상들은(올림픽 메달, 노벨상 등) 대개 이들의 극단적인 인간애를 존경한다는 의미를 갖는다. 수상자들이 성취한 일들은 아주 좋거나 아주 나쁜 것으로 평가받기 마련이다. 이그노벨상은 이런 상들과 다르다. 다들 알겠지만 이그노벨상은 우리 대부분을 한동안 생각하게 만드는 걸출한 혼동을 존중한다. 인생은 혼란스럽다. 좋은 것과 나쁜 것이 한데 뒤섞여 있다. 음과 양을 완전히 구분하기란 어려운 일이다. 나무와 숲도 마찬가지고 때로는 위와 아래도 그렇다."
(책 '이그노벨상 이야기'- 마크 에이브러햄스 저 中)

어떻게 생각하시나요? 이그노벨상의 진정한 가치, 이 이야기과 동일선상에 있다고 할 수 있지 않을까요? 이그노벨상이 우스꽝스럽고 그저 황당한 연구에 수여하는 상이 아니라 보는 눈에 따라 가치를 달리할 수도 있음을 에이브러햄스는 말하고 있습니다. 단순히 흥밋거리가 아니라 그 이상의 가치를 갖고 있고, 어느덧 생각을 하게 만드는 마법 같은 아이디어에게 주는 상이라는 거죠. 그러니 언젠가는 다분히 창의적일 수 있는 그들의 아이디어가 반짝일 수 있는 시대가 올 수도 있는 거 아닐까요?

천재와 괴짜 사이에 선 그들

서울포럼2011에 연사로 참석한 안드레 가임 박사 (출처: 서울포럼 2011 홈페이지)

이그노벨상에 관심이 있는 사람이라면 이 사람의 이름을 한번쯤은 들어본 적이 있을 겁니다. 안드레 가임 박사, 그는 러시아 출신으로 네덜란드 국적의 물리학자 입니다. 2010년 차세대 신소재로 각광받는 그래핀을 발견한 공로를 인정받아 콘스탄틴 노보셀로프와 함께 2010년 노벨 물리학상을 수상하였습니다. 하지만 그전에 앞서 2000년 개구리가 반자성을 띤다는 사실을 증명해 이그노벨상을 수상했죠. 즉, 그는 노벨상과 이그노벨상을 모두 수상한 유일무이한 인물이라는 사실!
2000년에 수상한 이그노벨상의 경우, 살아있는 개구리를 자기력을 이용해 공중부양 시키는 것에 성공함으로써 개구리에게 반자성이 있다는 연구를 했는데.. 좀 황당하긴 하지만 꽤나 흥미로운 연구결과임에는 틀림없을 것 같네요. 

그렇다면 한국인 수상자는 없을까요? 물론 있습니다!!
1999년 환경보호부문에서 권혁호씨가 향기 나는 양복의 원리(옷감에 수많은 마이크로캡슐을 함유해 마찰에 의해 캡슐이 깨지면 그 속의 향료가 배출되는 원리)로 수상해 개구리 모양의 트로피를 받았습니다. 또 2000년에는 문선명 통일교 총재가 1960년부터 1997년까지 3,600만쌍을 합동 결혼시킨 공로로 경제학상을 수상했구요, 올해에는 1954년 세상에 종말이 올 것이라고 예언한 미국의 도로시 마틴 목사와 1992년 세상의 종말을 예언하며 휴거론을 주장했던 이장림 목사가 수학상을 받았습니다. 그의 예언처럼 세상의 종말은 오지 않았지만, 당시 많은 이들이 황당해하면서도 ‘설마..’하는 불안감을 감추지 못했던 기억이 나네요. 
 
그나저나, 우리나라에도 이그노벨상 수상자는 나왔으니 이제 노벨상 수상자만 기다리면 되는 건가요? ‘먼저 웃게 하고 그 다음 생각하게 하는 연구(first make people laugh, and then make them think)’라는 이그노벨상의 캐치프레이즈처럼 우리나라 과학계도 웃음이 공존하는 연구에 인색하지 않는 인식이 자리하길 기대해봅니다.

올해의 이그노벨상 수상작(10개 부문)
올해에는 공공안전 부문이 새로 신설됐습니다.

생리학상 - 붉은다리 거북의 하품이 전염성이 없다는 증거를 밝힌 연구
화학상 - 고추냉이 향을 내뿜는 화재 경보기, ‘와사비 알람’
의학상 - 소변을 참았을 때 집중력이 떨어지는 사실을 밝힌 연구
심리학상 - 사람들이 하품하는 이유에 대한 연구
문학상 - 존 페리의 꾸물거림의 이론
○ 생물학상 - 딱정벌레가 호주산 맥주병과 짝짓기 하는 이유에 관한 연구
물리학상 - 해머던지기 선수는 왜 어지럽지 않은가를 밝힌 연구
수학상 - 수학 계산을 할 때 조심해야 하는 이유를 가르쳐 준 지구 종말론자들, 지난 50년 동안
                  인류 마지막 날을 매번 틀리게 예측해온 종말론자들

평화상 - 군 장갑차로 불법 주차 차량을 부순 아투라스 주오카스 리투아니아 시장
공공안전상 - 고속도로에서 반복적으로 햇빛 가리개를 펄럭이는 실험을 한 운전자


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