처음 만나는 나노의 세계! <나노란 무엇일까요?>

우리의 세상을 구성하는 다양하는 다양한 물질들!  현재 세상에 알려져 있는 가장 작은 크기의 물질이 바로 '나노(Nano)'입자 인데요! 오늘은 소통이가 나노에 관한 이야기를 들려드릴까 해요



나노(nano)는 난쟁이라는 라틴어 nanus에서 유래한 말입니다. 국제 단위 시스템에서의 의미는 10억 분의 1을 의미합니다. 따라서 길이의 단위인 1 nm(나노미터)는 1 m(미터)의 10억 분의 1 m의 길이를 나타내는 단위이죠.

 

이해를 돕기 위해 예를 들어볼게요.

 

모래알의 직경이 대략 1 mm(밀리미터)라 한다면 사람의 머리카락의 직경은 대략 모래알의 10분의 1 (~100 ㎛(마이크로미터)), 적혈구의 직경은 모래알의 100분의 1 (~ 10 ㎛(마이크로미터)) 정도 됩니다.

 

우리 몸을 병균으로부터 지켜 주는 항체 단백질의 크기가 대략 5 ~ 10 nm (나노미터)이고 , 유전 전달 물질인 DNA의 이중 나선 구조의 너비가 대략 1 nm (나노미터) 정도 된다고 합니다. 돋보기나 현미경의 도움 없이 사람의 눈으로 크기를 식별하여 볼 수 있는 크기의 한계가 대략 100㎛ (머리카락의 굵기)라고 하니, 나노 물질은 눈에 보이지 않으며 상상할 수 없이 아주 작은 크기나 구조를 가진 물질이라고 할 수 있겠습니다.



근데 이 나노 물질이 왜 특별하다고 여겨질까요? 이유는 단순하지만, 크기가 작기 때문입니다. 나노 크기 또는 구조의 물질은 일반 다른 물질과 동일한 화학분자의 조성과 구조를 가지고 있지만 단지 나노미터 수준의 크기와 구조를 가졌다는 이유로 새로운 물리 화학적 특성을 나타내며 빛, 온도 물 공기 등의 외부 환경과의 상호 작용도 다르게 나타납니다.

 

자연계에서 생물들은 이러한 나노 물질의 특성을 환경에 적응하며 살아가는데 이용합니다. 아래 그림처럼 물에 젖지 않는 나비의 날개나, 물위의 떠 있는 소금쟁이의 발이 이런 생물 구조의 예라고 할 수 있겠습니다.

 

나비의 날개 표면이나 소금쟁이의 발은 나노 구조를 가지고 있고, 이러한 나노 구조 사이의 요철에 공기가 채워져 있기 때문에 물에 젖지 않는 것이죠. 나비 날개나 소금쟁이 발에 접촉하고 있는 물은 이 생물들의 나노 구조 사이에 채워진 공기에 닿기 때문에 superhydrophobicity(超소수성)를 나타내게 되는 것입니다. (아쿠아리움의 공기방울을 떠올려 보세요. 공기 방울이 보글보글 올라오는 것은 물과 공기가 친하지 않아 전혀 섞이지 않기 때문입니다.)



우리가 연구하는 과학 기술은 이러한 자연계의 특성을 본받아 재현하고 이용 목적에 맞도록 변경, 적용하여 우리의 생활을 편리하고 윤택하게 해 주는 중추적인 역할을 합니다.

 

학문적으로 정의하는 나노테크놀로지(nanotechnology)는 최소 1 가지의 대표 길이(chracteristic length)가 1 nm ~ 100 nm 사이의 길이를 가지는 물질을 제조하는 (합성)공정과 이러한 과정에서 일어나는 현상을 이해하고 나아가 이러한 물질의 물성을 제어해 우리 실생활에 응용하는 기초과학과 공학을 총 망라하는 과학기술 분야입니다.



사실 과거 조상들은 나노테크놀로지를 아주 오래 전부터 이용하여 왔습니다. 성당과 교회의 스테인드 글래스 (stained glass) 역시 나노 기술이 빚어 낸 아름다움이라 할 수 있어요. 스테인드 글래스 (stained glass)의 아름답고 다채로운 색깔은 금을 포함한 여러 금속 산화물의 나노 입자들이 크기에 따른 빛과의 상호 작용에 의하여 만들어 낸 결과이기 때문이죠.



현대 과학에서의 나노테크놀로지는 매우 정교하고 고도로 발달된 측정장비를 이용한 실험과학에 기반을 두고 있는데요. 학계의 의견으로는, 1857년 마이클 페러데이 (Michael Faraday)에 의하여 관찰된 콜로이드 상의 루비색 금 입자(colloidal "ruby” gold)가 현대 나노테크놀로지의 시초라고 합니다. (물론 1857년에는 오늘날과 같은 고성능 실험 측정 장비는 없었습니다.^^;;) 아주 작은 나노입자가 만드는 무궁무진한 가능성, 앞으로의 나노테크놀로지가 기대됩니다!