나노 기술 뜻, 원리 장점 단점 활용사례

나노 기술은 물질을 나노미터(10억분의 1 미터) 단위로 조작하는 혁신적인 기술로, 소재의 특성을 혁신적으로 개선합니다. 이 글에서는 나노 기술의 원리, 장단점, 그리고 다양한 분야에서의 현장적 활용 사례를 알아볼 것입니다.

 

나노기술이란?

'나노'라는 용어는 그리스어로부터 유래되었습니다. "나노스"는 "매우 작은 크기"를 의미하며, 이 용어는 현대의 나노기술을 설명하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 나노기술은 물질과 장치를 나노미터(10억분의 1 미터) 단위로 다루고 제어함으로써 혁신적인 기능과 성능을 창출하는 과학 분야입니다.이 기술은 20세기 말의 미세한 구조물과 재료 연구의 진전을 통해 등장했습니다. 특히, 1981년 IBM의 스캐닝 터널링 현미경은 처음으로 원자 수준에서 물체를 관찰하는 능력을 보여주었습니다. 이는 물질을 원자와 분자 단위로 조작하고 설계할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 나노기술의 발전은 나노미터 크기의 미세한 영역에서 혁신을 이끌어내며, 이는 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어놓았습니다.나노기술은 의학, 환경, 전자, 소재 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 이는 기존 기술을 뛰어넘는 혁신적인 해결책을 제공하고 있습니다. 원자와 분자 수준에서의 조작은 새로운 재료 및 기술의 개발을 통해 우리의 삶을 더 효율적이고 지속 가능한 방향으로 이끌고 있습니다.

 

 

나노 기술의 원리

 

물체가 나노 크기로 작아지면 물체의 구조와 성질이 달라집니다. 예를들면 다이아몬드와 흑연은 동일한 탄소 원자로 이루어졌지만 다이아몬드는 입체적으로 연결되어 매우 단단한 구조이고, 흑연은 육각 판모양으로 무른 성질을 가지고 있습니다. 만약 흑연을 나노 단위로 쪼개고 재구성하게되면 흑연의 판이 하나 말리게되어 탄소 나노 튜브로 변하게되며 구리만큼이나 전기가 잘 통하고 열도 잘 전달할 수 있게됩니다.  또한 강철보다 100배 강한 세기를 가지게되며 탄성도 강하게 됩니다. 나노 크기로 작아졌을 때 색깔이 변하는 것들도 있는데 금이 그 대표적인 물체입니다. 금은 노란빛을 띄지만 나노크기로 변하게 되면 붉은색을 띱니다. 그리고 입자가 작아지면 표면적이 증가하게 되므로 반응속도가 빨라지게 됩니다. 적은 양의 은으로 강한 살균 효과를 낼 수 있고 전지 용량이 증가하는 것이 반응 속도를 이용한 경우 입니다.

 

 

나노 기술의 장점

나노기술은 혁신적인 나노 소재와 기술의 개발을 촉진합니다. 미세한 나노 물질의 특성을 조작함으로써 새로운 소재를 창출하거나, 기존 소재의 성능을 높이는 가능성을 제공합니다. 이는 고성능 제품의 제작에 큰 도움을 주며, 나노 레벨의 정밀한 제어로 제품의 성능을 향상시키고 더 작고 경량의 제품을 개발할 수 있게 합니다.특히 의료 및 생명과학 분야에서는 나노입자를 이용한 약물 전달 시스템이나 분자레벨의 진단 기술이 의료 진단의 정확도와 효율성을 높여줍니다. 환경 문제와 에너지 문제에 대한 해결책으로도 나노기술이 기여하고 있습니다. 나노 필터링 시스템을 통한 물 처리나 태양전지의 효율 개선은 환경 보호와 에너지 효율성을 높일 수 있는 방안으로 주목받고 있습니다. 더불어, 나노기술은 전자공학, 화학, 의학, 환경 등 다양한 분야에 적용될 수 있어 분야 간의 융합과 혁신을 촉진하고 있습니다. 이처럼 나노기술의 발전은 다양한 분야에서의 문제 해결과 새로운 기술의 개발을 이끌어내며, 이는 미래 기술의 발전과 지속 가능한 혁신을 예고하고 있습니다.

나노기술의 단점

나노기술은 혁신적이지만 여러 가지 단점과 도전적인 측면을 내포하고 있습니다. 첫째로, 도덕적인 측면에서의 고려가 필요합니다. 나노물질의 안전성과 환경 영향에 대한 연구가 미숙하며, 이로 인해 예상치 못한 부작용이 발생할 수 있습니다. 또한, 나노입자의 생체적 효과와 독성에 대한 연구가 부족하여 장기적인 건강 문제에 대한 불확실성이 남아 있습니다.또한 생산 및 처리의 복잡성과 비용 문제가 나타납니다. 나노 소재 및 제품의 생산 및 처리에는 높은 비용과 복잡한 공정이 필요하며, 이로 인해 기존 제품보다 더 높은 가격이 발생할 수 있습니다. 또한, 대규모 생산에 대한 기술적 도전과 공정의 안정성에 대한 우려가 있습니다. 그리고 규제와 안전 문제가 나타날 수 있습니다. 나노 소재 및 제품의 안전성에 대한 규제는 아직도 미비한 상태이며, 이는 소비자 및 환경의 안전을 위협할 수 있습니다. 특히, 나노입자의 미세한 크기로 인해 인체 흡수와 관련된 위험이 높아질 수 있습니다. 마지막으로, 사회적 수용과 이해의 부족이 나타납니다. 나노기술은 현대 사회에서 상당한 주목을 받고 있지만, 대중과의 소통 부족으로 인해 과학에 대한 불신이나 거부감이 발생할 수 있습니다. 이로 인해 기술의 활용이 제약될 우려가 있습니다.

 

활용 사례

3차원적인 나노구조를 가지고 있는 거미줄은 판 모양의 섬유가 불규칙적으로 모여있어 강도 및 탄성이 좋습니다. 같은 무게라고 가정했을 때 강철선보다 5~10배 더 강합니다. 거미줄에 착안하여 방탄섬유를 만드는 기술이 개발되고 있습니다. 또한 모기에서도 나노과학을 발견할 수 있는데 모기의 각막에는 규칙적으로 나 있는 작은 털의 구조로 인해 각막에 빛이 반사되지 않아 천적에게 발견되지 않습니다. 이러한 모기의 눈을 모티브로 태양전지를 개발하였습니다. 햇빛을 반사하지 않고 흡수하면서 에너지로 전환하는 태양전지와 비슷한 성격을 가지고 있었기 때문입니다. 또한 모기의 다리 털은 표면장력으로 물에 젖지 않고 물 위에서 자유롭게 뛰어다닐 수 있습니다. 이를 모티브로 물 위에 떠다닐수 있는 나노 로봇이 개발 되고 있습니다.

 

 

이상 나노기술에 대해 알아보았습니다. 나노 기술은 미세한 입자로 세상을 혁신하는 현대 기술의 새로운 지평을 열고 있습니다. 작은 입자의 기술이 우리의 일상을 변화시키고, 의학부터 환경 보전까지 다양한 분야에 혁신적인 가능성을 제시하고 있습니다. 더 나은 미래를 향한 도전과 기대가 가득한 나노 기술, 우리의 일상에서 빛을 발하는 혁신의 주역이 될 것입니다.