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[나노기술] 나노(nano)테크놀러지 평가A+최고예요

? 나노테크놀로지(Nano Technology, NT)1. 나노(nano)란?10-9에 해당하는 SI 접두어. 기호는 n. nm(나노미터:1nm=10-9m), ns(나노초:1ns=10-9s)등으로 사용한다. 전에는 μ(마이크로:1μ=10-6m), mm(밀리:1mm=10-3m)를 합쳐 mμ(밀리마이크로)으로서 10-9m를 표현했으나, 현재는 1nm로 대치되었다.그러므로 나노미터는 종래의 밀리마이크로와 같은 값이다. 시간의 단위인 ns는 μs(마이크로초)의 1/1000인 mμs(밀리마이크로초), 즉 1초의 1/10억에 해당한다.난쟁이를 뜻하는 고대 그리스어 나노스(nanos)에서 유래되었으며 1나노미터(nm)는 머리카락의 굵기의 약 8만분의 1크기로 수소원자 10개를 나란히 늘어놓은 정도이다.2. 나노테크놀로지(nano technology)란?고분자 혹은 무기재료의 특성길이를 나노미터(10-9m)크기에서 제어하면 범용재료에서 볼 수 없는 여러 가지 기능들이 발현된다. 나노미터 크기를 제어하여 기능을 발현시키는 여러 가지 기술을 모두 합쳐서 나노테크놀로지라고 부르며, 최근 들어 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 나노미터 크기에서 일정한 구조를 갖도록 설계된 재료는 그 자체로, 혹은 다른 재료와의 복합화한 나노복합재료로서 기존의 고기능성 소재를 대체할 뿐만 아니라 정밀화학산업, 전자정보산업, 환경산업, 생명공학산업 등과 같은 광범위한 범위에서 21세기 신소재 산업을 주도할 것으로 예상된다.나노테크놀로지의 핵심은 무엇보다도 그 재료가 나노구조, 즉 나노미터 크기에서 어떤 일정한 질서로 잘 정렬된 구조를 가져야 한다는 것을 알 수 있다. 나노구조를 갖기 위해서는 나노미터 크기의 작은 입자를 만들거나, 나노미터 크기의 아주 작은 재료층을 재료와 재료 사이에 삽입시켜주는 방법으로 층상구조를 만들어주는 방법 등이 있다. 주로 원자 크기 차원에서 이런 나노구조들이 블록을 형성하기도 하고, 어떤 형태로 조직화되어 나노미터 크기에서 아주 잘 정렬된 구조가 된다. 이러한 나노구조를 현될 수 있다.4) 오염발생 방지, 효과적 오염 제거 등이 가능하여 환경친화성이 높은 기술이다.5) 생체 나노구조와 활동을 본떠 인공 구조물을 만드는 것이 나노기술의요체이기 때문에 자연에 가장 근접한 기술이다.4. 나노물질의 특성1) 광학적 특성나노영역에서는 크기에 따라 색깔이 변한다.예) 금(Au) :일반적으로는 황금색을 띄지만 20nm이하가 되면 빨간색으로변하게 되며, 그 크기가 조금만 변하여도 색깔이 변하게 된다.2) 화학적 특성모든 물질은 큰 덩어리에서 작은 덩어리로 쪼개짐에 따라 물질 전체의표면적이 급격히 커지게 되며, 이로 인해 나노물질은 독특한 특성을 갖게된다.예) TiO₂: TiO₂ 입자 크기가 20nm 이하라 할 때 형광등이나 백열등에서발생되는 약한 자외선을 받으면 살균력, 자가세척력, 김서림 방지 효과를나타내기 때문에 그 용도가 광범위하다.3) 기계적 특성다결정질 재료의 입자는 각 입자마다 기본적인 배열은 같으나 방향이 틀리고입자와 입자 사이에 존재하는 단위 면적당 입계가 많을수록 강한 기계적성질을 띠게 되는 경향이 있다.그러나 나노물질 입자의 경우 일반적인 경향과는 달리 특정 결정립 크기영역에서 강도가 급격히 증가하는 현상을 보인 결과들이 있어 작을수록강하다는 일반 상식이 통하지는 않는 것으로 보인다. 다만, 다른 복합체와섞었을 경우 기계적 강도가 증가하는 것으로 볼 때 현존하는 물질 중에서는나노입자가 기계적 성질이 우수하다고 보아야 할 것이다. 아직 나노물질에대한 연구 결과들이 초보 수준이며 나노가 기존의 상식과는 전혀 다른 특성을나타내므로 기계적 강도에 대해서는 우수할 것으로 추측할 뿐이다.4) 전자기적 특성전자적인 성질을 띄는 반도체, 자성금속, 나노입자들은 크기가 작아지면서일반적으로 10~100nm 정도에서 자기적인 성질이 최대가 되는 것으로 알려져있다.예) 자기적인 성질이 극대화됨과 동시에 크기가 매우 작고 균일한 크기의구 형태 자성금속 나노입자를 합성하여 이들의 규칙적인 배열을 통해이 입자 하나하나를 각각 한 개의 비트로 사용할 자화가 어려울 뿐 아니라 효율도 저하될 수 있다. 따라서 나노입자를 매트릭스 안에 분산시키는 연구는 나노입자의 소자에의 응용을 위해서 필요하다.1) 나노입자의 제조a. 역마이셀법과 환원법에 의한 나노입자 제조역마이셀과 환원을 이용한 나노입자의 제조는 이론적으로 계면활성제가혼합된 용매 내에서 계면활성제의 자기집합체인 마이셀을 생성시켜이용하는 방법이다. 일반적으로 계면활성제가 CMC(critical micelleconcentration) 이상 존재하게 되면 역마이셀이 형성되고, 친수성 부분에금, 무기 산화물 등이 모이게 된다. 이때 환원제를 용액에 주입하면 쉽게특정 크기의 나노입자가 제조된다. 나노입자 형성후에도 이들은 여전히계면활성제의 역할을 통해 입자끼리의 응집이 방지되어 오랜 기간 동안나노크기의 입자로 보존된다.b. Citrate-Induced Reduction법본 환원법은 오래전부터 널리 알려진 금속입자의 제조방법으로 Frens에의해 개념이 확립되었고, 그 후 많은 연구그룹에 의해서 제조되었는데,10-20nm 크기의 금속입자 제조 시 용이하다. 벌크상태로 존재하는 금속과3차 증류수의 혼합용액을 끓이는 과정에서 sodium citrate를 주입하면 수십초 내에 용액이 특정 물질의 분자칼라(금의 경우에는 자주빛)로 변하는데,이로써 나노입자가 생성되었음을 알 수 있다. 이 방법은 50nm 이상의크기를 갖는 입자 제조 시에는 크기 분포가 넓다는 단점이 있지만, 20nm크기의 입자제조에는 용이하고, 입자경 분포도 매우 좁아 많이 이용된다.c. Seeding법씨딩법은 금 나노입자 제조에 대한 연구를 집중적으로 하고 있는 펜실베니아 대학의 Natan 그룹에 의해 최근 50nm 이상의 비교적 큰 나노입자 제조시 이용되고 있는 방법이다. 양이온을 띄고 있는 금 입자 표면에 수산기로환원시킬 수 있는 하이드록실아민을 주입함으로써 콜로이드 금 나노입자를키워나가는 나노입자 제조법이다. 널리 쓰이고 있는 xitrate-inducedreduction법 보다 비교적 큰 입자 제조 시 준ㆍ절삭공구나 전기적, 화학적, 구조적 응용을 위한 나노코팅의료ㆍ진단학과 치료학의 혁명을 가능케하는 빠르고 효과적인 염기서열 분석ㆍ원격진료 및 생체이식소자를 이용한 효과적이고 저렴한 보건치료ㆍ나노구조물을 통한 새로운 약물전달 시스템ㆍ내구성 및 생체친화력있는 인공기관ㆍ인체의 질병을 진단, 예방할 수 있는 나노센싱 시스템생명공학ㆍ하이브리드 시스템의 합성피부, 유전자 분석/조작ㆍ분자공학으로 제작된 생화학적으로 분해 가능한 화학물질ㆍ동식물의 유전자 개선ㆍ동물에의 유전자와 약물공급ㆍ나노배열에 기반한 분석기술을 이용한 DNA 분석환경/에너지ㆍ새로운 배터리, 청정연료의 광합성, 양자태양전지ㆍ나노미터 크기의 다공질 촉매제ㆍ극미세 요염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질ㆍ자동차산업에서 금속을 대체할 나노 입자 강화 폴리머ㆍ무기물질, 폴리머의 나노입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어국방ㆍ무기체계의 변화(소형, 고속, 장거리 이동)ㆍ무인 원격무기(무인 잠수함, 무인 전투기, 원격센서시스템)ㆍ은폐(Stealth) 무기항공우주ㆍ저전력, 항방사능을 갖는 고성능 컴퓨터ㆍ마이크로 우주선을 위한 나노기기ㆍ나노구조 센서, 나노전자공학을 이용한 항공전자공학ㆍ내열, 내마모성을 갖는 나노코팅8. 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes)1) 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes)란?탄소나노튜브는 새로운 물질특성의 구현이 가능하여 기초연구의 중요성과 산업적 응용성이 동시에 크게 각광을 받고 있다.1985년에 Kroto와 Smalley가 탄소의 동소체(allotrope)의 하나인 Fullerene(탄소 원자 60개가 모인 것: C60)을 처음으로 발견한 이후, 1991년 이 새로운 물질을 연구하던 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 Iijima 박사가 전기방전법을 사용하여 흑연 음극상에 형성시킨 탄소덩어리를 TEM으로 분석하는 과정에서 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소나노튜브를 발견하여 Nature에 처음으로 발표하였다. 이때 성장된 탄소나노튜브의 길이는 수십 nm-수 m이고, 외경은 2.5-30세로 보아, 향후 고부가가치를 창출할 수 있는 첨단전자정보산업에 이용될 원천과학기술분야이다. 따라서 전 세계적으로 탄소나노튜브를 이용하는 새로운 기술혁명이 가져올 엄청난 파급효과가 기대되는 연구 분야이다.a. FED 응용2000년대 첨단 전자·정보화 시대에는 지금까지 가상적으로 표현되고 있는 표시소자들이 현실로 다가오면서 새로운 개념의 디스플레이가 출현함으로써, 현재 디스플레이 시장을 주도하고 있는 CRT는 다양한 영역에서 평판디스플레이로 대체되고 평판디스플레이를 주축으로 하는 새로운 시장이 형성될 것으로 예상된다. CRT의 뒤를 이어서 각광을 받게 될 평판디스플레이로는 LCD, LED, PDP, FED, EL등이 현재 거론되고 있으나 그중에서도 고화질, 고효율, 저 소비전력을 장점으로 하는 FED(Field Emission Display)가 차세대 정보디스플레이소자로 크게 주목을 받고 있다. FED의 핵심기술은 FED tip 가공기술과 재료의 안정성에 있는데, 아직까지는 실리콘 팁(Si tip)이나 몰리브덴 팁(Mo tip)을 주로 사용해 오고 있지만 안정성에 큰 문제가 있어서 앞으로는 가공하기 쉬우면서도 안정성이 높은 새로운 재료를 개발할 필요가 있다. 최근 탄소나노튜브를 FED tip으로 사용하려는 연구가 활발해짐에 따라 탄소나노튜브를 FED에 응용하려는 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. FED 응용의 핵심기술은 먼저 전자방출용 tip을 뾰쪽하게 제작할 수 있어야하고, 제작된 tip이 bias를 걸었을 때 시간에 따라 특성이 저하되지 않아야 하며, 안정한 구조의 tip을 재연성 있게 제작하는 것이 중요하다. FED는 글라스를 기판으로 사용하기 때문에 저온 성장기술이 필요하고, 아울러 고효율 전자방출을 위해서는 탄소나노튜브를 수직으로 성장시키거나 또는 수직으로FED의 응용세우는 기술이 필요하다.b. 2차 전지전극 및 연료전지 응용탄소나노튜브를 2차전지전극 및 연료전지에 응용할 경우에도 많은 기대효과를 얻을 수 있다. 2차전지에서 가장 중요한 문제는 전지의용

공학/기술| 2004.08.04| 15페이지| 1,000원| 조회(1,787)

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