[미래기술] 나노기술(Nano Technology)

나노(Nano)란 말은 난쟁이를 뜻하는 그리스어 나노스(nanos)에서 유래된 말로 1나노미터(nm)sms 10djrqnsdml 1m에 불과합니다. 예를 들어 우주에서 보는 '지구 위의 작은 축구공'. 그게 바로 '나노'의 세계입니다. 인류의 삶과 미래를 혁명적으로 바꿀 미래 유망기술의 선두가 바로 나노기술입니다.

 

1. 나노기술

 

■ 세상의 모든 것은 작은 것으로 이루어져 있고, 그 작은 것을 이루고 있는 더 작은 것이 있습니다. 이런 상황은 계속 반복돼 우리 눈으로는 절대 볼 수 없는 작은 세상이 나타납니다. 하지만 현미경의 발전으로 보이지 않는 세상을 사람들이 보고, 더 나아가 여러 가지 방법으로 조작하기도 합니다. 물건을 점점 더 작게 만들 수 있게 됐을 뿐만 아니라 전혀 다른 성질의 물건까지 세상에 내놓게 되었습니다. 바로 나노기술(Nano Technology)이 가져다준 놀라운 세계의 단면입니다.

 

■ 먼저 나노는 난쟁이를 뜻하는 그리스어 '나노스'(nanos)에서 기원한 말입니다. 그만큼 작다는 의미로, 실제 나노는 눈에 보이지 않는 수준의 기술을 가리킵니다. 1nm은 10억 분의 1m로 머리카락 굵기의 8만 분의 1 크기에 해당합니다. 만약 지구 크기를 1m라고 한다면 축구공을 nm 크기라고 생각하면 됩니다. 여기서 말하는 나노기술은 10억 분의 1 수준의 정밀도를 요구하는 극미세가공 과학기술을 의미합니다. 다시 말하면 최소의 원료로 최고 성능을 지닌 제품을 생산하는 기술입니다. 나노기술을 이용하면 특별한 기능을 가진 신물질과 첨단제품의 생산이 가능합니다.

 

■ 나노 융합 소재를 전기·전자, 자동차, 항공, 섬유, 정보통신, 디스플레이, 에너지, 인공지능, 의료, 바이오, 3D프린팅, 로봇 등 다양한 산업과 접목하면 이 분야에서 획기적인 변화를 기대할 수 있습니다. 4차 산업혁명 시대를 맞아 보이지 않는 세계에서 무한한 가능성을 개척해가고 있는 '21세기의 연금술'로 불리는 나노기술은 단연 21세기를 선도하는 기술로 꼽힙니다. 20세기를 마이크로 시대라고 한다면 21세기는 나노의 새대라고 할 수 있습니다.

 

나노기술 양자 - PixaBay

 

2. 나노기술의 태동

 

■ 나노기술은 1959년 노벨물리학상 수상자인 미국의 리처드 파인만 교수가 미국 물리학회의 강연에서 처음 제시하였습니다.( '바닥에는 풍부한 공간이 있다') 이 강연에서 파인만 교수는 브리태니커 사전 24권에 들어 있는 모든 내용을 하나의 여자 머리핀에 담을 수 있다고 말했습니다. 당시엔 한낱 꿈같은 이야기였지만 오늘날엔 어엿한 현실이 되었습니다.

 

■ 1981년 스위스 IBM연구소 소속 물리학자 게르트 비니히와 하인리히 로러가 원자와 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발하면서 물질의 근본을 이루는 나노 세계에 대한 이해가 가속화했습니다. STM이 비로소 나노기술의 세계를 연 셈입니다. STM 개발로 강철 같은 섬유, 분자 크기의 컴퓨터에 대한 기대를 불러일으키며 세계적으로 나노기술 연구 붐이 일어났습니다. 연구가 활발해지자 풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀 같은 탄소 나노 소재가 연이어 발견됩니다.

 

■ 1991년 일본전기회사 부설 연구소의 이지마 스미오 박사는 지름이 1nm 정도로 가늘지만 강도가 100배 이상일만큼 견고하고 구리와 전도율이 비슷하며 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같은 탄소 나노튜브(CNT)를 처음 발견했습니다. 뛰어난 물성 덕분에 '꿈의 신소재'라 불리며 반도체에서부터 2차 전지, 자동차, 항공기 동체까지 다양하게 활용되고 있습니다.

 

■ 2004년엔 영국 맨체스터 대학의 안드레 가임과 콘스탄틴 노브셀로프 교수는 구리보다 100배 이상 높을 뿐만 아니라 잘 휘어지는 성질이 있어 '꿈의 신소재'로 불리는 '그래핀'을 처음 발견했습니다. 기존 꿈의 신소재인 탄소 나노튜브를 꺾고 현재 가장 각광받고 있는 새로운 꿈의 신소재인 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 육각형 구조를 이루면서 한 층으로 펼쳐져 있습니다. 주로 반도체 공정의 미세화 한계를 극복하고 전기자동차에 사용하는 배터리의 에너지 효율을 높이는 데 활용하는 방향으로 연구를 집중했으나 최근엔 플렉시블 디스플레이, 태양전지는 물론 의료, 선박 등 점차 활용 가능성을 넓혀 가고 있습니다. 그래핀 제조산업은 세계 거의 모든 선진국들이 앞다퉈 뛰어들고 있는 분야입니다.

 

마이크로 칩

 

3. 한국의 나노기술

 

■ 2000년 미국이 선도적으로 국가나노기술발전계획(NNI)을 발표하면서 전 세계에서 나노기술에 대한 투자를 촉발했습니다. 우리나라도 이듬해인 2001년 나노기술 종합발전계획을 수립해 세계 5대 나노기술 대국을 목표로 투자를 시작했습니다. 2018년 정부는 나노기술 연구개발(R&D)에 전체 정부 R&D 투자액 대비 3.0%인 5862억 원을 투입했습니다. 나노기술의 가장 큰 시장은 바로 반도체 산업으로 반도체 소자의 최소 선폭은 현재 7nm 수준까지 도달해 있습니다. 우리나라는 2000년 기준 최고 기술국 미국 대비 84%로 추정되는 나노과학기술 수준을 2025년 92%까지 끌어올린다는 계획을 갖고 있습니다.

 

■ 4차 산업혁명 시대 도래, 일본의 수출규제로 촉발된 소재·부품·장비 기술(소부장) 자립화 추진에 따라 나노기술의 역할과 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 하지만 우리나라는 세계 4위 수준의 나노기술 경쟁력을 갖고 있지만 나노산업이 국내 제조업에서 차지하는 비중은 1.9%에 불과하고 시장점유율은 세계 7위 수준에 그치고 있는 등 시장은 정작 그를 따라가지 못하고 있습니다. 이에 우리나라의 나노산업 경쟁력 강화를 위해선 나노기술력과 시장 기여도 간 미스 매치 타개를 위한 전 부문 협력체계를 만들어야 한다는 주장도 나오고 있습니다. 

 

☞ 연재 2편 나노융합산업

[성장산업] 나노융합산업

 

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■ Notice

카테고리 미래기술·성장산업은 이데일리 미래기술 특별취재팀의 「미래기술 25」의 내용을, 미래기술과 미래기술의 성장산업화를 조명해보고자, 25가지 미래기술을 각각 미래기술과 성장산업으로 나누어 연재 형식으로 요약하여 정리한 것입니다. 국가의  미래기술과 성장산업에 대한 많은 관심이 필요한 때 입니다.