물질을 잘게 쪼개고 쪼개면 어디까지 작아질 수 있을까? 이 질문이 나노를 탄생시켰다. 모든 물질은 원자로 구성되어 있고, 원자는 다시 전자와 핵으로 쪼개진다. 핵 역시 더욱 잘게 나눌 수 있는데, 이를 쿼크라고 한다. 물질의 성질은 핵 주변의 전자 개수와 그 분포에 따라 결정된다.

물리적인 세계에서 보면 나노의 세계는 곧 원자의 세계이다. '나노(Nano)'라는 것은 아주, 아주 작다는 것을 의미한다. 1㎚는 10억분의 1m에 해당한다. 이는 머리카락 굵기의 10만분의 1도 되지 않는 크기로 광학현미경을 이용하더라도 우리 눈으로는 직접 볼 수 없는 크기이다. 이 작고 작은 나노의 세계에서는 어떤 일이 벌어질까?

[어린이조선일보] [AI 알고 보자 인공지능!] 나노로봇이 인간의 병까지 수술한다고?<연재 끝>

나노 기술의 핵심은 '크기' 그 자체가 아니라, 크기에 따라 본래의 것과 성질이 달라진다는 점에 있다. 같은 물체라도 크기가 나노미터로 작아지게 되면 물체의 구조와 성질은 원래의 것과 크게 달라진다. 예를 들어, 금은 일반적으로 황금색을 띠지만 20㎚ 이하가 되면 빨간색으로 변하게 되며, 그 크기가 조금만 변해도 색깔이 변하게 된다. 입자가 작아질수록 표면적이 증가하기 때문에 반응속도 역시 빨라진다.

나노의 영역에서는 강도, 색깔, 화학적 특성, 전자적 특성이 원래의 것과 달라질 수 있다. 이러한 나노 기술을 활용하여 개개의 분자, 원자 또는 분자군을 원하는 대로 옮기고 조합해 다양한 물성을 지닌 물질이나 소재, 장치를 만들어낼 수 있으므로 나노기술을 21세기의 연금술이라고 하는 것이다.

나노 기술의 응용 분야
전자·통신
– 낮은 전력 소모, 적은 생산 비용으로 100만 배 이상의 성능을 갖는 나노 구조 마이크로프로세서 소재– 10배 이상 대역폭과 높은 전달 속도를 갖는 통신 시스템– 현재보다 용량은 크고 크기는 작은 대용량 정보 저장장치– 대용량 정보를 수집 처리하는 집적화된 나노 센서 시스템– 정보저장, 메모리반도체, 포켓사이즈 수퍼 로봇

재료·제조
– 가공하지 않고 정확한 모양을 갖는 나노 구조 금속 및 세라믹– 분자 단위에서 설계된 고강도 소재, 고성능 촉매– 뛰어난 색감을 갖는 나노 입자를 이용한 인쇄– 나노 크기를 측정할 수 있는 새로운 표준– 절삭공구나 전기적, 화학적, 구조적 응용을 위한 나노코팅

의료
– 진단학과 치료학 혁명을 가능케 하는 빠르고 효과적인 염기서 열 분석– 원격진료 및 생체 이식 소자를 이용한 효과적이고 저렴한 치료– 나노 구조물을 통한 새로운 약물 전달 시스템– 인체의 질병을 진단, 예방할 수 있는 나노 센싱 시스템 생명공학– 하이브리드 시스템의 합성 피부, 유전자 분석·조작– 분자 공학으로 제작된 생화학적으로 분해할 수 있는 화학물질– 동식물의 유전자 개선– 동물에게 유전자와 약물 공급– 나노 배열 기반 분석 기술을 이용한 DNA 분석

환경·에너지
– 새로운 배터리, 청정연료의 광합성, 양자 태양전지– 나노미터 크기의 다공질 촉매제– 극미세 오염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질– 자동차 산업에서 금속을 대체할 나노 입자 강화 폴리머– 무기물질, 폴리머의 나노 입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어

국방
– 무기체계의 변화소형화(고속, 장거리 이동 능력 향상)– 무인 원격무기(무인 잠수함, 무인 전투기, 원격센서 시스템)– 은폐(Stealth) 무기
● 10대라면 반드시 알아야 할 4차 산업혁명과 인공지능
신성권·서대호 글ㅣ팬덤북스