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바닥에서 방 찾기 - 나노기술과 나노 소재의 역사
세계적인 노벨상 수상자이자 저명한 물리학자인 리처드 파인만은 1959년 칼텍 강연에서 당시의 기술을 크게 뛰어넘는 기계 및 전자 장치의 소형화에 대한 전망을 제시했습니다. 엔지니어들이 미크론을 이야기하는 동안 파인만은 분자 크기와 거리까지 내려갈 것을 제안했습니다. 강연의 제목은 "바닥에는 충분한 공간이 있다"였습니다. 이 강연은 이후 새로운 과학 및 공학 분야인 나노기술의 랜드마크이자 전형이 되었습니다.
획기적인 연구가 종종 그렇듯이 파인만의 환상과 예측이 현실화되고 번성하는 데는 시간이 걸렸습니다. 1981년 주사 터널링 현미경(STM)이 발명되면서 나노 세계로 가는 문이 활짝 열렸습니다. STM을 통해 물질의 복잡한 분자 구조를 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 개별 원자를 조작할 수 있게 되었습니다.
얼마 지나지 않아 1985년 라이스 대학의 과학자들은 탄소 원자로만 구성된 규칙적인 분자 구조인 풀러렌을 발견했습니다. 풀러렌은 복잡한 기하학적 형태를 좋아했던 미국 건축가 벅민스터 풀러의 혁신적인 디자인과 매우 유사하기 때문에 그 이름이 붙여졌습니다. 이 주제에 대한 심층적인 조사로 인해 풀러렌의 다양한 변종, 그중에서도 현재 잘 알려진 탄소 나노튜브가 탄생했습니다.
하지만 개념적으로 이 모든 것은 과학자들의 수작업을 축소한 세심한 작업이었으며, 나노 소재가 비용 효율적이 되기는 어려워 보였습니다. 그러던 중 1986년 에릭 드렉슬러가 저서 "창조의 엔진"을 출간하면서 스스로 복제할 수 있는 자율 나노 기계(존 폰 노이만의 초기 아이디어와 유사)를 통해 나노 규모의 세계를 위한 일종의 공장 역할을 할 수 있는 분자 조립기에 대한 아이디어를 탐구하기 시작했습니다. 이 개념으로 인해 기술자와 과학자들 사이에서 이러한 기계가 느슨해지면 일어날 수 있는 최악의 시나리오에 대한 우려가 커졌습니다.
최근에는 탄소 단일 원자층인 그래핀이 발견되고 이를 얻는 혁신적인 방법이 개발되어 2010년 노벨 물리학상을 수상하는 쾌거를 이루었습니다. 다양한 기술적 응용 분야를 가진 그래핀은 현재 나노 기술 분야에서 가장 뜨거운 화두입니다. 고속 전자기기부터 효율적인 에너지 저장 및 초내구성 부품에 이르기까지 다양한 용도로 활용될 수 있는 그래핀은 곧 우리 일상에 보편화될 것입니다.
오늘날 나노기술의 역사는 아직 끝나지 않았으며, 우리는 거의 정기적으로 과학적 혁신을 목격하고 있습니다. 경제성이 높아지고 엔지니어링 프로세스가 더욱 정교해지면서 우리는 전 세계적으로 진정한 나노기술 혁명에 가까워지고 있습니다.
Chin Trento
