-두 얼굴을 가진 ‘나노기술’ 그 실체를 알아보자!
의료, 환경, 항공우주, 국방 등 수많은 분야의 신기술 개발에 ‘나노기술’이 적용됐다는 이야기를 어렵지 않게 들어봤을 것이다. 그렇다면 스스로에게 한 번 질문해보자. ‘나노기술’이란 무엇인가? 아마 답하기가 쉽지 않을 것이다.

이처럼 나노기술은 우리 주변의 수많은 분야에서 사용되는 기술임에도 불구하고 그저 ‘어떤 미시의 영역을 다루는 기술’이라는 것 정도로만 알고 있는 사람들이 대부분이다. 나노기술은 무엇이고 어떤 분야에 적용될까. 또 이 기술에 다른 문제점은 없는지 알아본다.

나노 단위로 입자 쪼개
자유자재로 다루는 ‘나노기술’
‘나노(nano)’란 무엇일까? 그리스어 ‘난쟁이(nanos)’에서 파생된 단어 ‘나노’는 아주 작은 단위를 나타내는 접두어로, 1나노미터를 ‘1㎚’라고 표기한다. 그렇다면 1나노미터는 얼마나 작은 단위일까?

1나노미터는 10억분의 1미터이다. 나노미터가 얼마나 작은 단위인지 실감하고 싶다면 필통에서 자를 꺼내 확인해 보면 된다. 자에 보이는 1밀리미터를 다시 백만 번 쪼갠 것 중의 하나인 셈이다. 이는 머리카락 굵기의 약 5~10만 분의 1에 해당한다.

상상조차 어려울 정도로 작은 입자들을 재조합하거나 분해, 합성하며 각 산업분야에 접목시키는 기술이 바로 ‘나노기술’이다. 실체가 있는 물질은 모두 원자와 분자로 이루어져 있기 때문에 나노기술을 적용할 수 있는 대상이 된다.

따라서 나노기술은 수많은 분야에 적용할 수 있는 기술이며 소재가 메마를 걱정도 없다. 또한 나노기술을 통해 만들어진 새로운 물질들은 이 세상에 존재하지 않았던 새로운 성질을 가질 수 있다. 따라서 적용 범위도 광범위하다.

▲ 리처드 파인만 [사진 출처=ppp.unipv.it]

원자와 분자, 초분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고 조립, 제어하며 인류에 유용한 물질을 만들어 내는 나노기술은 미국의 천재 물리학자 리처드 파인만 (Richard Phillips Fey㎚an, 1918~1988)이 ‘나노’의 세계에 대해 처음 이야기하면서 시작됐다.

그는 1959년 캘리포니아 공과대학에서 열린 강연회에서 “There’s plenty of room at the bottom”이란 제목으로 강단에 올랐다. 이를 직역하면 ‘저 밑바닥에 아주 풍부한 공간이 있다’로 ‘극소공학 분야에 무한한 가능성이 있다’는 뜻이기도 하다.




작아졌을 뿐인데, 완전 다른 물질이 되다!
물질의 크기가 작아진다고 해서 그것이 어떻게 기술이 될지 의문을 품는 사람도 있을 것이다. 그러나 물질의 크기가 나노 크기로 작아지면 그것은 곧 완전히 다른 물질의 성질을 띠기도 한다. 물질이 나노 크기로 작아지면 물질의 색깔이나 자기적인 성질, 전기적 성질, 녹는 점, 촉매 활성도 등 거의 모든 성질이 변하고, 이 성질은 다양한 분야에서 효과적으로 사용될 수 있다.

예를 들어 ‘금’을 떠올려보자. 금을 생각할 때 거의 모든 사람들은 누런 황금빛의 번쩍이는 금 덩어리를 생각할 것이다. 그러나 나노 단위의 금은 다르다. 7㎚의 금 입자는 빨간색을, 5㎚의 금 입자는 초록색을, 3㎚의 금 입자는 파란색을 띤다.

변하는 것은 색깔뿐만이 아니다. 우리가 알고 있는 금은 1,063℃에서 녹는다. 그러나 7㎚의 금 입자는 1,000℃에서 녹아버리고, 2㎚ 금 입자는 겨우 27℃면 녹는다.

어떤 물질은 나노 단위가 되면 자기적 성질이 변하기도 한다. 나노 단위로 작게 만든 산화철은 평소에 자성이 없다가 외부에서 자기장을 가하면 자성을 띠는 초자성 물질이 된다. 이 같은 성질은 병원에서 흔히 촬영하는 MRI나 CT 촬영의 조영제 개발에 활용되고 있다.
 

▲ 경기도교육청 '꿈꾸는학교 꿈크는학교' https://www.facebook.com/kgedu1

차세대 IT가 주목하는 나노기술
나노 기술이 특히 주목받는 분야는 바로 반도체 기술이다. 반도체는 트랜지스터를 더 작게 만들수록 더 많은 정보를 저장하고, 더 빠른 계산을 할 수 있다. 그러나 현재 기술로는 트랜지스터를 더 작게 만들 경우 기판의 회로가 너무 가늘고 촘촘해져 자유전자의 간섭을 받거나 온도가 너무 높아지는 문제가 발생한다.

학자들은 이 한계를 타개할 수 있는 열쇠를 나노기술에서 찾고 있다. 기판 위에 세밀하게 회로를 새기는 나노기술도 점점 더 진보하고 있다. 진화한 나노기술은 앞으로 제4차 산업혁명 시대의 핵심 분야로 불리는 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅 등 차세대 IT 산업에 엄청난 영향을 미칠 것으로 기대되고 있다.

나노기술 아직 완벽하지 않아,
인간에 치명적 문제 일으킬 수도
그러나 나노기술이 완벽한 것은 아니다. 나노기술에도 적지 않은 문제점이 지적되고 있다. 과학사의 진보에 앞장서는 나노기술이 도리어 인간의 건강에 해를 입히는 양날의 기술이라는 것이다.

석면은 한때 기적의 광물로 불렸다. 석면은 내열성이 뛰어나고 산이나 알칼리에 강하며, 석면이 가진 절연성 때문에 중요한 건축자재로 여겨졌다. 또 자동차 브레이크 부품에도 사용되던 재료였다. 우리나라 역시 1970년대 새마을 사업에서 많은 건물들이 석면으로 된 슬레이트 지붕으로 개조됐다.

그러나 이처럼 20세기에 중요한 역할을 하던 석면은 1987년 세계보건기구(WHO)가 ‘1급 발암물질’로 명명하면서 사람들에게 엄청난 충격과 공포를 안겼다. 석면이 폐에 흡입되면 폐암과 각종 질병을 유발한다는 것이 밝혀진 것이다. 그런데 이보다 훨씬 더 작은 나노 입자들이 인체에 흡입된다면 어떤 작용을 일으킬지 미지수다.
 

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나노입자는 호흡기나 피부를 통해 체내로 충분히 유입될 수 있으며, 세포막까지도 자유자재로 투과할 수 있다. 따라서 폐, 심장 등 주요장기에 심각한 영향을 미칠 수 있고, 심지어 뇌에도 침투가 가능하며 태아에게 전달될 가능성도 무시할 수 없다. 학자들은 나노 입자가 DNA까지도 파괴할 수 있는 위험성을 가지고 있다고 지적했다.

또한 나노 입자는 인체뿐만 아니라 지구환경에도 엄청난 영향을 미칠 수 있다. 인간뿐만 아니라 지구상에 존재하는 모든 생명체에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 나노 입자의 독성을 검증하고, 정제하는 기술 역시 동시에 개발돼야 한다.


■ <나침반 36.5도> 12월호, p.96 ‘작은 입자 속에 담긴 무한한 가능성 '나노'’

-이 기사는 중고등 월간 매거진 <나침반 36.5도> 12월호에 4p 분량으로 실린 내용입니다.
*사진 설명: [사진 출처=클립아트코리아]
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에듀진 기사 원문: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=23137