[미리보는 '금요일에 과학터치'] 놀라운 탄소 나노물질의 세계

탄소나노튜브를 이용한 우주 엘리베이터의 상상도(왼쪽)와 그래핀(graphene)을 이용, 쉽게 구부러지는 성질의 플렉시블 디스플레이 모습.

나노과학은 미래 과학기술에서 아주 중요한 분야 중 하나다. 나노 사이즈로 형성된 나노 소재는 모바일 시대의 도래와 함께 작으면서 신축성이 있는 특성을 갖췄다는 점에서 기존 물질과는 다르다. 대표적인 나노소재 물질이 탄소만으로 이뤄진 탄소 나노물질. 구형의 플러렌(Fullerene), 원통형의 탄소나노튜브(CNT), 펼친 형태인 그래핀(Graphene) 등이 그것이다.

이들은 탄소 사이의 아주 강한 이중결합을 통해 강도가 강철보다 100배 이상 강하며, 실리콘보다 우수한 전기 전도성을 가진다. 또 휘거나 구부려도 그 전기적 특성을 잃지 않는다. 전 세계 우수한 과학자들이 이러한 우수한 특성을 가진 탄소나노물질들을 상용화하려고 많은 연구를 진행 중인데 몇 가지 난관을 극복한다면 새로운 과학세계를 만날 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 강연에서는 과학 기술의 발전에 따른 나노 사이즈 물질의 발견과 그 의미, 탄소로 이뤄진 다양한 나노물질의 특성, 그 같은 물질의 여러 응용 분야에 대하여 살펴볼 예정이다.

나노과학에서 말하는 나노 사이즈에 대하여 알아보는 것이 첫 번째. 이후 나노 사이즈의 탄소물질들인 플러렌, 탄소나노튜브, 그래핀에 대해 설명한다. 이들은 예전부터 흔히 사용하던 탄소화합물인 흑연, 다이아몬드와는 다른 구조를 가졌다. 이들을 구조에 따라 분류하는 방법과 각 물질들의 특성, 분석 방법 등을 소개한다.

또 이러한 탄소물질들을 나노 사이즈의 소자 제작에 응용하는 방법에 대해 알아본다. 소형화, 집적화된 소자 제작을 위해서는 나노 사이즈의 탄소물질을 사용해 소자의 크기, 소자를 구동시키는 데 필요한 전력 소모를 줄이는 게 유용하다. 실생활에 사용이 가능한 가스센서, 광센서, 트랜지스터, 전계방출 디스플레이 등의 소자를 만드는 방법도 설명한다.