많은 분들이 ‘신소재’라는 분야를 어렵게 생각하지만, 사실 우리 주변에 있는 모든 것이 처음에는 낯설기만 한 신소재라는점~ 지식을 기록하게 만들어 준 종이부터 이동 수단과 주거공간의 혁신을 가능케 한 철과 알루미늄, 생활용품에 대부분 사용되는 플라스틱까지.
다소 낯설기만 했던 처음과 달리 지금은 우리의 삶을 편리하게 만드는 고마운 존재가 되었습니다. 지금까지의 신소재는 오로지 인류의 편리함에 초점을 맞추었던 것이 사실입니다. 하지만 최근에는 지구와의 공생을 생각한 친환경적인 신소재들이 등장해 많은 관심을 받고 있는데요. 미래를 바꾸고, 환경까지 책임지는 똑똑한 신소재 이야기를 한 번 살펴보겠습니다.
‘에어로젤(Aerogel)’은 묵처럼 생긴 젤리 형태로 액체 자리를 기체로 치환해 속이 텅 비어있는 독특한 물질인데요. 고체지만 약 99.8%가 공기로 채워져 있어 세상에서 가장 가벼운 고체로 기네스북에도 등재되어 있습니다. 사람이 만들어 낸 고체 물질 중 가장 가볍지만 자기 무게의 2000배를 올려놓을 수 있을 만큼 튼튼한 구조를 가진 것이 특징. 여기에 내열성이 강해 섭씨 1100°C에서도 타지 않고 견딜 수 있다는 장점도 있습니다. 다공성 구조로 단열과 방음 효과가 뛰어나 건축 분야에서는 ‘꿈의 단열재’로도 불리기도 합니다. 이외에도 항공 우주, 자동차 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다고 하네요~
‘에어로젤’이 미래를 바꿀 신소재로 주목받는 것은 독특한 물질의 특성뿐 아니라 플라스틱 쓰레기 문제를 해결할 대안으로 떠올랐기 때문인데요~ 싱가포르 국립대 과학자들은 버려진 페트병에서 미세섬유를 뽑아낸 후 실리카 소재(TEOS)를 코팅해 에어로젤을 만드는 데 성공했죠. 앞으로 플라스틱 쓰레기와 의류 폐기물 등이 에어로젤로 꾸준히 재탄생한다면 환경 문제의 해결은 물론 각종 산업에도 혁신적인 변화가 일어날 것으로 기대됩니다.
스마트폰, TV, 컴퓨터 등의 전자 기기가 늘어날수록 우리의 일상은 편리해지지만 우리의 몸은 전자파에 더 많이 노출되어 인체에 좋지 않은 영향을 미치게 됩니다. 또한 전기자동차, 드론, 사물인터넷 기기 등 전자 장비가 점차 늘어나면서 전자파가 서로 뒤엉켜 기기 오작동, 고장, 해킹 등의 가능성도 더욱 커지게 되었습니다. 이로 인해 전자파를 차단하는 ‘차폐기술’은 미래를 위해 반드시 필요한 기술로 손꼽히는데요~ 이러한 차폐기술의 핵심이 되는 신소재로 각광받는 것이 바로 지금 소개해드릴 ‘맥신’입니다.
그동안은 전자파를 차단하기 위해 비싸고, 무거운 금속 필름을 이용해야 했는데요. 전기전도성이 뛰어난 신소재 ‘맥신’은 머리카락 수준인 40㎛(마이크로미터) 두께 만으로 116dB(데시벨) 이상의 높은 전자파를 차단하며, 가볍고 유연한 특성을 갖춰 금속 차폐 소재를 대체할 소재로 주목받고 있습니다.
국내 연구진과 미국 드렉셀대 공동연구팀에서는 이전보다 높은 차폐 성능을 갖춘 Ti3CN 맥신을 개발했으며, 전기전도도를 5배 이상 높인 맥신 섬유가 국내에서 개발되기도 했는데요. 맥신 소재가 발전해 가면서 전자파 차단 효과와 응용 범위가 더욱 커짐에 따라 전자 기기의 고장으로 인한 자원 낭비를 막고, 친환경적인 전자 기기 개발에도 많은 도움이 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.
연필심으로 쓰이는 흑연 속에 ‘꿈의 물질’이라 불리는 신소재가 있다는 사실, 알고 계셨나요? 흑연은 탄소가 층층이 쌓인 구조인데 이 흑연의 한 층을 ‘그래핀(Graphene’)이라고 부릅니다. 이미 4~50년 전부터 물리학자들이 그래핀이 가진 무한한 가능성에 대해 이야기 해왔지만 그래핀을 추출하는 것이 쉽지 않았는데요. 그러다가 2004년, 영국 연구팀의 물리학자들이 스카치테이프로 흑연에서 그래핀을 최초로 분리하는 데 성공해 2010년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
그래핀은 0.2나노미터(nm) 두께 (1nm는 머리카락 두께의 5만분의 1)에 불과하지만 강철보다 200배 이상 강한 강도를 가졌으며, 신축성과 유연성이 뛰어납니다. 또한 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 빛의 투과율과 열전도율이 높아 무궁무진한 활용 가능성을 가졌죠. 하지만 지나치게 작은 크기로 인해 상용화에는 제한이 많았는데요. 국내 연구진에 의해 대형화 및 대량 생산이 가능해지면서 반도체, 배터리, 디스플레이, IT, 의료 분야 등 각종 산업에 다방면으로 활용되고 있습니다.
앞으로 어떠한 차세대 신소재들이 우리의 미래를 바꾸어 나갈지 궁금해지는데요~ 생활의 편리함과 더불어 환경을 보호하고 지구와 상생할 수 있는 신소재가 더 많이 개발될 수 있기를 바라봅니다!
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