나노기술 [나노테크, 나노 물리학, 나노 과학]

나노기술 [나노테크, 나노 물리학, 나노 과학]

[편집] 나노 기술의 개요

• 나노란?

나노(Nano)는 작다는 뜻이고 이 용어는 고대 그리스의 난쟁이라는 의미의 'nanos'에서 유래되었다. 나노란 10억분의 1을 의미하며, 1나노미터(nm)는 10억분의 1m로 전자현미경으로나 볼 수 있는 수준이며 1나노미터(㎚)는 원자 3∼4개가 배열된 정도의 극히 미세한 크기이고 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당한다. 10-9에 해당하며 기호는 n. nm(나노미터:1nm=10-9m), ns(나노초:1ns=10-9s) 등으로 사용한다. 전에는 μ(미크론:1μ=10-6),m(밀리:1m=10-3) 를 합쳐mμ(밀리미크론)으로서 10-9m를 표현했으나, 현재는 1nm로 사용하고 있다.

 

 

 

벅민스터풀러렌 C₆₀의 분자 구조. 풀러렌은 나노기술 분야의 주요 연구 주제이다.

 

• 나노 기술이란?

나노기술(Nano technology)은 원자나 분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고, 조립, 제어하며 혹은 그 성질을 측정, 규명하는 기술을 말한다. 일반적으로는 크기가 1 내지 100나노미터 범위인 재료나 대상에 대한 기술이 나노기술로 분류한다.

[편집] 나노 기술의 기본개념

나노기술의 실현에는 나노계측기술 나노조작기술등 벌크화기술이 필요하다.

[편집] 나노 계측 기술 (Scanning Probe Technology)

나노기술의 기반이 되는 핵심기술로 나노미터 수준의 물성, 구조 및 성분을 계측하고 분석해내는 기술이라고 할 수 있다. 나노계측 기술은 최근 SPM기술을 중심으로 입사원의 종류에 따라 X-선 기술 전자/이온빔 기술 적외선, 자외선, 가시광선 기술로 구분할수 있다. 나노계측 기술은 그 기술의 범위가 실로 방대하기 때문에 이를 총 망라하여 검색 분류 분석하는 것은 현실적으로 어려운 일이다. 따라서 본 분석에서는 분석대상 기술을 나노 계측 기술의 대표주자라고 할 수 있는 SPM기술을 중심으로 현재 한국이 다른 국가에 비해 강점을 보이고 있는 반도체 산업과 관련하여 여러 가지 박막들의 표면형상, 구조, 물리적 화학적 특성 등을 계측 분석해 내는 박막분석용 계측 기술 중 현재 많이 사용되고 있거나 미래에 그 수요가 증가될 것으로 예상되는 몇몇 나노 계측 기술에 국한하였다.

[편집] 나노조작기술 (Nano Manipulating Technology)

a. 결정성장기술 : Supramolecular Chemistry

b. DNA 복제기술 : Nano Biotechnology

c. Nano Machine : Universal Assembler

[편집] 나노 기술의 특징

[편집] 광학적특성

나노영역에서는 크기에 따라 색깔이 변한다.

Ex) 금(Au) : 일반적으로는 황금색을 띄지만 20nm이하가 되면 빨간색으로 변하게 되며, 그 크기가 조금만 변하여도 색깔이 변하게 된다.

[편집] 화학적특성

모든 물질은 큰 덩어리에서 작은 덩어리로 쪼개짐에 따라 물질 전체의 표면적이 급격히 커지게 되며 이로 인해 나노물질은 독특한 특성을 갖게 된다.

Ex) 이산화티타늄(TiO2) : TiO2 입자 크기가 20nm 이하라 할 때 형광등이나 백열등에서 발생되는 약한 자외선을 받으면 살균력, 자가세척력, 김서림 방지 효과를 작기 때문에 다양하게 사용된다.

[편집] 기계적성질

다결정질 재료의 입자는 각 입자마다 기본적인 배열은 같으나 방향이 틀리고 입자와 입자 사이에 존재하는 단위 면적당 입계가 많을수록 강한 기계적 성질을 띠게 되는 경향이 있다. 그러나 나노물질 입자의 경우 일반적인 경향과는 달리 특정 결정립 크기영역에서 강도가 급격히 증가하는 현상을 보인 결과들이 있어 작을수록 강하다는 일반 상식이 통하지는 않는 것으로 보인다. 다만, 다른 복합체와 섞었을 경우 기계적 강도가 증가하는 것으로 볼 때 나노입자가 기계적 성질이 우수하다고 보고 있다.

[편집] 전자적성질

전자적인 성질을 띄는 반도체, 자성금속, 나노입자들은 크기가 작아지면서 일반적으로 10~100nm 정도에서 자기적인 성질이 최대가 되는 것으로 알려져 있다.

Ex) 자기적인 성질이 극대화됨과 동시에 크기가 매우 작고 균일한 크기의 구 형태 자성금속 나노입자를 합성하여 이들의 규칙적인 배열을 통해 이 입자 하나하나를 각각 한 개의 비트로 사용할 수 있다고도 알려져 있는데 이런 자성 입자는 크기가 수 nm로 주로 코발트나 코발트와 백금의 합금형태로 이루어진다.

[편집] 나노 기술의 응용 분야

A. 전자, 통신

• 낮은 전력소모, 적은 생산 비용으로 백만 배 이상의 성능을 갖는 나노 구조의 마이크로프로세서 소자
• 10배 이상의 대역폭과 높은 전달속도를 갖는 통신 시스템
• 현재보다 용량은 크고 크기는 작은 대용량 정보저장장치
• 대용량 정보를 수집 처리하는 집적화된 나노 센서 시스템
• 정보저장, 메모리반도체, 포켓사이즈 슈퍼 로보트

 

B. 재료/제조

• 기계가공하지 않고 정확한 모양을 갖는 나노 구조 금속 및 세라믹
• 분자단위에서 설계된 고강도의 소재, 고성능의 촉매
• 뛰어난 색감을 갖는 나노 입자를 이용한 인쇄
• 나노 크기를 측정할 수 있는 새로운 표준
• 절삭공구나 전기적, 화학적, 구조적 응용을 위한 나노코팅

 

C. 의료

• 진단학과 치료학의 혁명을 가능케 하는 빠르고 효과적인 염기서열 분석
• 원격진료 및 생체이식소자를 이용한 효과적이고 저렴한 보건치료
• 나노 구조물을 통한 새로운 약물전달 시스템
• 내구성 및 생체 친화력 있는 인공기관
• 인체의 질병을 진단, 예방할 수 있는 나노센싱 시스템

 

D. 생명공학

• 하이브리드 시스템의 합성피부, 유전자 분석/조작
• 분자공학으로 제작된 생화학적으로 분해 가능한 화학물질
• 동식물의 유전자 개선
• 동물에의 유전자와 약물공급
• 나노 배열을 기반으로 한 분석기술을 이용한 DNA 분석

 

E. 환경, 에너지

• 새로운 배터리, 청정연료의 광합성, 양자태양전지
• 나노미터 크기의 다공질 촉매제
• 극미세 오염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질
• 자동차산업에서 금속을 대체할 나노 입자 강화 폴리머
• 무기물질, 폴리머의 나노 입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어

 

F. 국방

• 무기체계의 변화(소형화, 고속, 장거리 이동능력 향상)
• 무인 원격무기(무인 잠수함, 무인 전투기, 원격센서시스템)
• 은폐(Stealth) 무기

 

G. 항공우주

• 저전력, 항방사능을 갖는 고성능 컴퓨터
• 마이크로 우주선을 위한 나노기기
• 나노 구조 센서, 나노 전자공학을 이용한 항공 전자공학
• 내열, 내마모성을 갖는 나노 코팅

  출처 : 나노산업기술연구조합

[편집] 나노 기술의 문제점

• 나노입자의 독성

한 때 기적의 광물로 불렸던 석면이 폐에 흡입이 되면 폐암 및 각종 질병을 유발하는 것으로 알려지면서 최근에 크게 문제가 되고 있다. 석면의 경우를 살펴보면 물질의 모양, 크기, 형태에 따라 생물학적 독성이 얼마든지 생길 수 있음을 알 수 있다. 그렇기 때문에 석면보다도 훨씬 더 작은 나노 입자가 인간에게 유해하지 않다고 확신할 수 없다.

• 나노물질, 인체로의 침투

석면과 같이 나노입자도 호흡이나 피부를 통해 체내로 유입이 가능하다. 그리고 입자가 매우 작기 때문에 세포막을 자유자재로 투과할 수 있다. 따라서 폐나 심장 등 여러 기관에 영향을 미칠 수 있고 심지어 뇌까지 침투가 가능하며 태아에게까지 전달될 수 있다. 더 나아가 DNA까지 파괴될수 있는 위험성이 제기되고 있다.

• 나노 입자의 환경오염 가능성

미국 환경보호처(EPA)는 삼성전자의 은 나노 세탁기에 대해 안전성을 입증할 증거를 제시하라고 요구하고 있고 '은 나노 입자로 살균이 가능하다면 제초제나 살충제와 같은 효과를 내는 것이 아니냐?' 하는 의문을 제기한다. 따라서 공중보건과 수자원에 해를 끼칠 수 있으며 인체를 비롯해 자연환경 속에 존재하는 모든 생명체에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 존재한다. 정밀하게 정제된 입자들인 만큼 안정적으로 오랫동안 자연계에 존재할 수 있으며 생물농축도 가능하다.

[편집] 나노 기술의 전망

나노기술은 다양한 분야에서 응용될 수 있는 범용성 첨단기술이다. 특히 첨단기술 분야 중 정보통신산업(IT), 생명과학기술(BT)과 함께 가장 두드러지게 성장할 것으로 기대되고 있는 지식집약형 유망산업으로 부상하고 있다. 간단한 예로써, 최근에는 은(Ag)의 살균, 탈취 효과를 이용한 은나노 기술이 우리생활에 폭넓게 이용되고 있다. 현재 미국과 일본, EU를 중심으로 시작된 나노기술의 개발은 독자기술을 확보하기 위해 천문학적인 예산을 투자하는 실정이다. 우리나라는 나노기술 전공자가 매우 부족하기 때문에 일의 규모에 비해 인적 자원이 턱없이 부족하다. 이 같은 나노 인력 부족현상을 극복하기 위해 정부는 대학의 나노 인력양성 프로그램을 확정하고 국내외 타 프로그램 간 학점을 상호 인정하고, 학제 간 강좌와 함께 나노 분야 학사•석사•박사 학위를 인정하며, 전문성을 고려하여 전국적으로 나노학과를 설치하는 방안을 검토한 바 있다. 이를 위해 정부는 2010년까지 약 700억 원의 예산을 확보하고, 중견전문가를 중심으로 약 200명의 나노 핵심인력을 양성하기로 하였다. 현재 우리나라에서 나노테크놀로지에 대한 연구는 여러 대학, 출연연구소 및 기업연구소 등에서 다각적인 연구를 진행하고 있다. 종종 뉴스 기사를 통해 가치 있는 업적을 발표하는 사례가 늘고 있지만 국가경쟁력 차원에서 기대되는 나노 기술에 대한 업적은 아직도 많은 시간과 노력을 필요로 하고 있다. 미국과 일본의 천문학적인 나노기술 예산과 개발 분야를 살펴볼 때 이제 우리나라에서도 나노기술에 대한 기업과 일반인들의 인식이 새롭게 정립되어야 할 때이다. 그리고 최신 기술에는 문제점이 따르듯 나노 기술에 대한 문제점 또한 제기되고 있는 만큼 기술 개발에만 신경을 쓰지 말고 안정성에도 신경을 써서 기준이 될 수 있는 표준을 마련하고 새로운 분석 기법과 장비를 도입하여 해결책을 마련할 수 있도록 해야 하겠다.

• 참고 문헌

노승정 현준원 안용현 이성욱 지혜구 김영선,『작은 세계 큰기술 나노의 세계』,발행지:(주)북스힐

[편집] 같이 보기

• 플러그인 하이브리드
• 나노공학

원본 주소 ‘http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%82%98%EB%85%B8%EA%B8%B0%EC%88%A0’

분류: 나노기술

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