나노에 대해 지식냥 '교양이'에게 묻다
동네 카페에서 만나 나노 기술에 대해 함께 공부하기로 한 교양이와 콩이.
그런데 들뜬 얼굴로 이것저것 이야기하는 교양이와 달리 콩이는 왠지 풀죽은 얼굴로 듣기만 하는데….
콩이 "잠깐! 교양아, 사실 고백할 게 있어. 나 나노가 뭔지 잘 모르겠어. 네가 하는 말 하나도 못 알아듣겠어. 엉엉."
교양이 "앗, 그래? 내가 너무 빨랐구나, 미안해. 그러면 우리 먼저 나노와 나노 기술이 무엇인지부터 차근차근 얘기해 볼까?"
* 《드렉슬러가 들려주는 나노 기술 이야기》 참고·정리
콩이 나노라는 말은 자주 들었는데, 사실 어떤 개념인지 잘 모르겠어.
교양이 ‘나노’가 엄청나게 작은 것을 의미한다는 건 알지? 우리는 일상생활에서 크기나 길이, 무게 등 물리량을 자주 사용하잖아. 크거나 길어질 때는 킬로k, 1000 메가M, 100만 기가G, 10억와 같은 단위를 사용해. 반대로 작아질 때는 센티c, 100분의 1 밀리m, 1000분의 1 마이크로미터μ, 100만분의 1를 사용하지.
1나노미터nm는 1m를 10억분의 1로 나눈 크기야. 우리 머리카락 굵기의 5만분의 1정도로 아주 작아. 주로 우리가 ‘나노’라고 부르는 건, ‘나노미터’에서 미터를 생략한 말이야. 나노 기술, 나노 공학은 나노미터 단위의 작은 물질을 다루는 기술이나 공학을 말하지.
콩이 머리카락을 5만분의 1로 나눈다고? 눈에 보이지도 않을 텐데, 어디에 필요해?
교양이 이런 상상을 먼저 해보자. 나노미터 단위로 들어가면 세상이 어떻게 보일까? 원자와 분자들의 세상이 펼쳐져. 콩이 너의 몸도, 네가 먹는 사료도, 물 컵도, 원자와 원자들의 결합체인 분자로 이루어져 있어.
나노 세계에서 원자와 분자의 세상을 보고 조작할 수 있으니, 과학자들이 신이 난거야. 가장 작은 원자인 수소의 지름은 약 0.1nm고, 분자는 대부분 수십nm 정도 크기거든. 나노 기술로 아주 작은 기계를 만들 수도 있고, 유전자 배열을 바꿀 수도 있어. 앞으로 다양한 과학 분야에 무궁무진하게 쓰일 수 있을 거야.
콩이 아하, 그렇구나. 그러면 나노는 생물학에서만 쓰이는 개념인 거야?
교양이 아니야. 우리는 보통 물리, 화학, 생물, 지구과학 등 연구하는 대상에 따라서 과학의 분야를 나누는 데 익숙하지. 하지만 나노 과학은 모든 과학 분야에서 쓰일 수 있어. 연구 분야와 상관없이, 나노 과학은 1nm에서 수백nm 단위의 물질을 다루는 걸 통칭하거든.
콩이 아~ 고마워. 이제 이해가 됐어. 그런데 사실 나, 원자와 분자가 매번 헷갈리더라. 원자가 더 큰 건가? 분자가 더 큰가?
교양이 콩이 너, 과학 시간에 집중 좀 해야겠는데? 그래도 잘 물어봤어. 나노 과학을 이해하려면 원자와 분자에 대해 잘 알아야 하거든.
물질을 쪼개고 쪼개면, 더 이상 쪼갤 수 없는 아주 작은 물질이 나오겠지? 1808년에 영국에 살던 돌턴이라는 사람이 가장 작은 단위인 ‘원자’의 개념을 처음 제시했지. 사람들은 자연에서 100여 개의 원자를 찾았고, 원자가 물질의 가장 작은 단위인 줄 알았지. 그런데 1800년대 말에 이르러서는 원자가 양성자, 중성자, 전자로 이루어졌다는 걸 알게 되었어. 어쨌든, 원자는 세상의 모든 것을 만드는 가장 기초적인 물질이라고 볼 수 있어.
어떤 물질이든 원자 크기로 자르면 어떤 성질도 갖지 않아. 원자들이 모여서 분자를 이루면 비로소 특정한 성질을 갖게 되지. 그래서 나노 과학에서는 주로 분자의 특성과 그것을 이용하는 방법을 연구해.
