작은 나노(Nano)가 맵다! - 첨단산업의 토양과 비료 역할을 하는 나노과학 -
요약
1. 나노기술이란?
나노는 난장이를 뜻하는 고대 그리스어 ‘나노스(nanos)’에서 유래된 말로, 10억분의
1을 나타내는 매우 작은 단위이다. 나노 기술(Nano Technology)은 물질이 나노크기로 작아졌을때 물리화학적 성질이 크게 변하는 원리를 이용하여 유용한 소재나
제품을 만드는 기술이다. 나노크기로 잘게 나누었을 때만 나타나는 물질의 독특한
성질은, IT·BT 등의 분야에서 상호 부가가치를 이루며 크게 각광받고 있다.
옛 고대인들은 나노와 유사한 기술을 유리와 점토 등에 활용하였다. 하지만 현대적인 의미의 나노기술이 탄생한 것은 극히 최근으로, 나노 실용화의 본격적인
역사는 불과 20~30년 전이다. 물리학이 발달한 유럽, 미국은 물론이거니와 중국과
러시아에서도 각각 나노기술을 전략적으로 육성하기 위한 계획을 수립하고
집중적으로 투자하고 있다.
2. 나노기술 어디까지 왔나?
옷, 신발의 소재에 피부와 같은 기능성을 부여하는 것은 섬유산업의 오랜 숙원이었다. 그러나 나노기술과의 융합으로 통기성, 방수성은 물론 무게까지 1/5로 줄인
소재가 개발되며 섬유산업은 급부상 하고 있다. 또한, 나노기술만의 장점으로
기능성물질의 침투력과 전달효율을 극대화한 나노기능성화장품이 출시되었으며,
의학계는 나노기술로 만든 센서를 의학연구 성과와 접목하여 빠른 진단과 효율적
치료를 하는 것에 주목하고 있다. 20세기 초부터 최근까지 물리학자들이 꾸준히
연구해온 원자 크기의 물질이 가지는 성질의 변화는 오늘날 전자·정보산업의
이론적 토대를 형성하였다. 이는 크기와 전력소모가 적고 처리 속도가 빠른 반도체
산업을 탄생시키며, 오늘날 시판중인 스마트폰, 테블릿 PC, 웨어러블 디바이스 등
어디에든 나노기술의 적용이 가능토록 하였다. 농업은 나노분야에서 상대적으로
부가가치가 작기 때문에 개발 자체는 다소 늦을 가능성이 있다. 하지만 나노사업을
먼저 시작한 선진국들이 나노기술로 농업의 생산화를 증대시키고, 친환경 산업으로
변모시키기 위한 방법으로 채택하면서 국가 주도적 연구를 펼치고 있다. 이로써
농식품 유해물질을 빠르게 검출하는 것 외에도 직·간접적으로 나노기술의 실용화에
대한 바람직한 결과가 나올 전망이다.
3. 시사점
나노기술의 육성을 위해서는 높은 비용, 환경·건강에 대한 국민의 우려 등 넘어야
할 산이 많다. 나노기술의 부가가치와 함께 안전에 대한 국민의 관심도가 높아졌기
때문에 객관적이고 정확한 정보제공은 필수이다. 더욱이 나노는 기초, 기반, 실용화,
상품화의 구분이 확실하므로 역할 분담이 확실한 연구체계 구축이 요구된다.
농업은 국민과 국가를 위한 공공연구성격이 강하므로 응용기술 개발을 담당하는 정부연구기관이 연구의 센터로 참여하는 것이 좋다고 사료된다.
목차
요 약
Ⅰ. 나노기술이란? ········································· 1
Ⅱ. 나노기술 어디까지 왔나? ······················ 9
Ⅲ. 시사점 ····················································· 16
나노는 난장이를 뜻하는 고대 그리스어 ‘나노스(nanos)’에서 유래된 말로, 10억분의 1을 나타내는 매우 작은 단위이다. 나노 기술(Nano Technology)은 물질이 나노 크기로 작아졌을때 물리화학적 성질이 크게 변하는 원리를 이용하여 유용한 소재나 제품을 만드는 기술이다.
우리 말로 따지만 일, 십, 백, 천, 만 등 숫자의 크기를 부르는 명칭(SI)
과학표기 | 명칭 | 우리말 | 숫자 표기 |
---|---|---|---|
1012 | 테라 (tera) | 조 | 1,000,000,000,000 |
109 | 기가 (giga) | 십억 | 1,000,000,000 |
106 | 메가 (mega) | 백만 | 1,000,000 |
103 | 킬로 (kilo) | 천 | 1,000 |
102 | 헥토 (hecto) | 백 | 100 |
101 | 데카 (deca) | 십 | 10 |
100 | 일 | 1 | |
10-1 | 데시 (deci) | 십분의 일 | 0.1 |
10-2 | 센티 (centi) | 백분의 일 | 0.01 |
10-3 | 밀리 (milli) | 천분의 일 | 0.001 |
10-6 | 마이크로 (micro) | 백만분의 일 | 0.000 001 |
10-9 | 나노 (nano) | 십억분의 일 | 0.000 000 001 |
우리나라는 척, 홉, 되, 자라하고 영국은 파운드, 온스, 피트, 인치, 유럽은 미터. 킬로그램 등 무게나 길이를 재는 척도가 틀려 세계공통규격이 등장
나노기술개발촉진법 제2조 1항, 나노기술의 정의
나노기술에는 나라에 따라, 또는 대상분야에 따라 다양한 정의가 있으나 우리나라의 법에서 정한 정의는 다음과 같음
단단한 금속이자 신소재의 대명사 격인 티타늄의 경우에도 발견되는데 티타늄을 산소와 반응시킨 이산화티탄은 나노크기가 되면 기존에 없던 살균력, 자가 세척력, 김서림 방지효과 등이 나타나 코팅소재로 각광
나노기술로 만든 등산의류를 예로 들면 올 간의 간격이 매우 좁아져 방수 기능이 좋아지며, 넓어진 섬유의 표면적 때문에 땀 흡수와 건조에 유리
짧은 시간 충전으로 더 오래 쓰는 핸드폰 배터리나 더 적은 전기만 소모하면서 성능은 더 좋은 컴퓨터, 가벼우면서 더 튼튼한 자동차 등의 기초 기술
기능성 의류
스마트폰
테블릿PC
컴퓨터 칩(CPU)
최근 개발된 스마트폰이나 테블릿pc, 컴퓨터용 메모리 등은 경량화, 저전력 등의 한계에서 나노기술이 도입되면서 새로운 계기를 마련
나노크기의 구멍에 물감의 입자가 자리잡아 오랜 시간과 습기, 바람 등 색채가 보존되기 어려운 조건에서도 선명한 색채를 유지
리카거스 컵
12세기스테인드글라스
마야블루
앞으로는 분자크기(10-9m, 1나노미터)가 특정한 임무를 수행하는 모든 종류의 구조물(기계포함)을 만드는 기본이 될 것이며 1㎣에 세상의 모든 지식을 저장할 수 있는 시대가 올 것이라 예견
나노라는 용어자체는 1974년 일본의 노리오 타니구찌가 나노미터 크기의 물질특성을 설명한 논문에서 최초 등장
드렉슬러는 저서 ‘창조의 엔진’에서 나노기술이 미칠 미래의 영향을 의학, 기계, 전자 등 다방면에 걸쳐 예측하였으며 현재 나노분야를 선도
이론으로만 논의되던 현상을 직접 관찰할 수 있게 되어 물리학, 생물학, 화학, 의학 등에 엄청난 진보를 가져온 공로로 1986년 노벨상 수상
원자를 재배열할 수 있다는 것을 실증한 사례로 이후 원자크기의 물리학 실험과 나노크기의 소재 제조가 가능함을 보여주었음
에릭 드렉슬러
수퍼 전자현미경
최초의 원자배열
탄소나노튜브 모식도
5대 연구분야는 1.나노기초원리, 2.나노소재, 3.나노소자와 시스템, 4.계측 과표준화, 5. 나노제조이며, 지원분야는 연구시설과 사회적 영향 등임
미국의 나노 정책에서 고려할 점
다른 나라들은 주도권을 잡을 수 있을 것으로 보이는 특정한 분야의 응용에 초첨을 맞추었다면 인력양성과 사회적 영향이 포함되어 있다는 점
그외 네덜란드, 루마니아 등도 독자적인 행보를 보이고 있음
세계의 주요한 나노기술 연구센터들
나노기술은 다른 분야의 기초지식이나 소재제공의 특징이 강해 산업화시키기 위해서는 응용기술연구는 필요한 분야에서 독자적으로 개발하는 추세
MEMS는 MicroElectroMechanical System의 약자로 나노기술을 이용해 제작되는 매우 작은 기계를 이르는 말이며 우리말로는 나노머신이라 함
‘2013년 나노관련 발표논문수에서 세계 1위를 차지, 우리나라는 4위
일본의 기초분야 투자효과, 노벨상으로 돌아오다
일본은 21세기 이후 자연과학부분에서 미국에 이어 세계 2위의 노벨상 수상자를 자랑하는 기초연구의 강국
2015년 2월 열린 피닉스오픈대회에서 타이거우즈가 직접 착용하면서 최초 공개되었으며 20만 켤레를 생산하여 전 세계에서 판매
타이거우즈 골프화
알파인 하이브리드
고어텍스
나노기술 침구류
리포좀은 인체구성물질과 유사한 지질성분으로 만든 막을 나노크기로 만들어 그 안에 기능성 성분이나 약물을 넣어 전달효과를 극대화 시킨 나노기술
효과를 극대화를 위하여 일반 히알루론산, 슈퍼 히알루론산, 나노히알루론산, 3D 히알루론산을 복합
이씰린 나노 8.8
오로쉐(Oroshe)
리포좀 화장품
하다라보 고쿠준
현재까지의 기술로는 로봇손에 부착시킨 인공피부로 아기기저귀의 축축함 정도와 기계특유의 차가움을 느끼지 못하는 정도로 발전(‘14 중앙선데이)
스마트피부
의수와 인공피부
나노패치
인공귀
나노크기에서는 전기전도도, 강도 등 물질의 성질이 크게 바뀌기 때문에 실리콘 기반의 반도체 산업에 새로운 희망으로 부상
이를 응용한 분야로는 LED TV, 컴퓨터, 오디오, 정밀기계제어, 냉장고, 에어컨 등 전자·전기·기계 등 활용도가 매우 높음
CMOS이미지센서
나노글래스
나노 세라믹스
모바일프로세서
바이러스 등 병해충이나 농식품 유해물질(병원균과 독소) 등을 빠른 시간 내에 정확히 검출하는 기술은 이미 실용화
나노캡슐비료
은나노 입자
바이러스진단키트
나노기술 살충제
신젠타㈜에서는 ‘카라테 제온’이라는 나노캡슐 방식의 목화, 벼, 콩, 땅콩해충방제제를 개발하였으며 잎사귀와 접촉했을 때만 방출된다고 함
천연소재 개발도 가능한데 최근 농촌진흥청에서는 수수의 색소를 포함한 나노섬유로 화장품 마스크팩과 항균․항염증 효과가 우수한 붕대를 개발
농촌진흥청에서는 ’06년 3분만에 살모넬라균을 검출하는 키트를 개발하였으며 최근에는 나노금입자를 이용한 현장용 간단 바이러스검출키트도 개발
NGO단체 지구의 벗(Friends of the Earth)의 썬크림 조사결과
지구의 벗에서는 자외선 차단에 효과적이라는 이유로 널리 쓰이는 썬크림의 나노물질 사용여부에 대해 120여개의 제조사에 문의
EU에는 식물보호물질(Reg. EC No 1107/2009)과 비료(Reg. EC No 2003/2003)에 대한 별도의 규제가 마련되어 있지만, 나노입자만 별도로 다루는 규정은 미존재
2011년 7월부터 새로운 살충제를 어떻게 규제해야 할지, 나노살충제를 기존의 연방살충제·살균제·쥐약법(FIFRA: Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act)에 포함시킬 수 있는지 등에 대한 의견 수렴