Contents1)서론2)본론 1. 신소재의 개념2. 신소재의 기능면의 분류3. 신소재의 개발 배경4. 신소재의 종류와 분류5. 신소재의 이용6. 경제적인 면에서의 신소재 산업의 특성과 중요성3)결론서론겨울에 해 넣은 치아가 여름에 팽창하면서 주변 치아를 밀어낸다면 어떨까. 물론 그런 일은 일어나지 않는다. 온도가 변해도 크기가 거의 변하지 않는 저열팽창성 합금이 있기 때문이다. 이런 재료들은 신소재 세계에서 똑똑한 재료로 불린다. 자신만의 독특한 기능을 갖고 있기 때문이다.최근 국내외를 막론하고 첨단기술 산업의 발전을 위해서는 기존 소재가 보유하고 있는 성능보다 월등히 우수한 특성을 갖는 신소재의 개발이 필수적인 것으로 인식되고 있으며, 특히 선진국에서는 이 분야에 관한 관심이 매우 고조되어 범국가적 차원에서 신소재의 연구개발에 막대한 투자를 하고 있다. 나는 이 리포트에서 기본적인 개념과 분류를 하면서 다양한 자료를 정리하는 형식으로 쓸 것이다.1. 신소재의 개념신소재를 정확하게 정의하는 것은 어려우나, 일반적으로 종래에 없던 새로운 물리적 가치 (성능. 기능. 특성)의 사회적 가치(용도)를 창출하는 소재로서, 그 소재자체가 새로운 것은 물론 종래의 소재를 새로운 조합에 의해 복합화한 것, 새로운 제조방법이나 가공방법을 사용한 것, 새로운 용도를 발견한 것 및 종래 이용하지 않았던 기능을 새롭게 창출한 것, 이라고 할 수 있다.원래 신소재라는 표현은 일본에서 만들어 졌는데, "금속, 무기, 유기의 원료 및 이들을 조합한 원료에 새로운 제조기술 또는 상품화 기술을 결합시켜서 종래에 없던 새로운 물리적 가치(성능, 기능, 특성)와 사회적 가치(용도)를 산출하는 부가가치가 높은 소재"로 정의되고 있으며, 시간개념의 'Advanced(또는 New) Materials', 고도 기술개념의 'High-Tech Materials', 고기능 개념의 'High Performance Materials'등으로 혼용하여 사용되고 있다.이 세상에서 100% 만족스러운 소재를 찾기란에 관한 필요성이 절실해지고 있었는데 소재부문에서도 이러한 첨단산업들이 필요로 하는 다양한 사회적 니즈(needs)에 대응하기 위해 각 방면으로 기술개발이 진행되고 있으나 기존소재로서는 기능적으로 한계가 있기 때문에 보다 고도의 기능을 가지는 신소재에 대한 니즈가 최근 비약적으로 증대되고 있다.한편 첨단기술산업의 발전과 함께 신소재 관련기술, 즉 물성연구, 가공, 시험평가등의 시즈(seeds)에 관한 지식도 최근 급속히 축적되고 있는데 이러한 니즈와 시즈는 상호간에 밀접한 관계를 가지면서 신소재 기술개발의 원동력이 되고 있다. 또한 2차 석유위기 이후 산업활동을 둘러싸고 있는 환경이 변화되면서 구조적인 문제점을 내포하고 있는 기초소재산업계는 침체상태로부터 벗어나기 위하여 종래와 같은 범용소재의 대량생산에 덧붙여 기술집약도 및 부가가치가 높은 신소재에서 새로운 사업기회를 찾아 적극적으로 개발에 나서고 있으며, 소재의 최종 수요자인 가공조립 산업계도 최종제품의 기능을 향상시켜 새로운 수요를 유발할 수 있도록 신소재개발에 적극적으로 참여하고 있다.따라서 신소재에 대한 니즈와 씨즈의 증대와 산업환경의 변화가 최근 신소재에 대한 활발한 연구개발의 배경이 되고 있다.4. 신소재의 종류와 분류(1) 형상기억합금 形狀記憶合金 (shape memory alloy) : 가공된 어떤 물체가 망가지거나 변형되어도 끓는 물 등으로 열을 가하면 원래의 형상으로 되돌아가는 합금.- 1960년대에 미국 해군연구소(海軍硏究所)의 W.뷸러가 형상기억 반응을 나타내는 합금(니켈＋티타늄:니티놀)을 발견, 연구가 진행되었다. 형상기억효과(形狀記憶效果)의 메커니즘은, 금속고상(金屬固相) 상태에서의 상변태(相變態)의 일종인 마르텐사이트 결정변태(結晶變態)와 동일한 현상이다. 열탄성(熱彈性) 마르텐사이트 변태를 나타내는 합금은 예외 없이 형상기억 특성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 실용화된 합금으로서는 니켈-티타늄 합금, 구리-아연-알루미늄 합금이 있다.현재 실용화된 용도로는 F14 전투기의 파이프계수(되면서 복합재료라는 보다 포괄적인 용어를 탄생시켰다.복합재료는 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다.이 중에서 섬유강화의 개념과 고분자기지재료를 조합한 섬유강화 고분자복합재료(fiber reinforced plastics:FRP)가 현대 복합재료의 중추적인 역할을 하고 있다. FRP의 개념은 철근콘크리트에 비유되기도 한다.고분자기지재료의 강도를 1이라 하면 유리섬유와 탄소섬유는 각각 25∼40이며, 강성(stiffness)은 고분자재료에 비해 유리섬유가 20배 이상이고 탄소섬유는 70배를 상회한다. 이와 같은 물성은 강철보다 우수하거나 필적하는 것이나 무게가 금속에 비해 가벼우므로, 더욱 가벼운 고분자기지재료와 조합되는 FRP는 '강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운' 이상적인 경량구조재가 된다. 유리섬유강화 고분자복합재료(GFRP)와 탄소섬유강화 고분자복합재료(CFRP)로 대표되는 이 재료들은 테니스 라켓, 골프채 등과 같은 스포츠용품과 선박, 고속전철, 항공기 등의 필수 구조재료로 이용되고 있다.금속이나 세라믹을 기지재료로 하는 복합재료에서는 재료의 경량화와 고강도화를 목적으로 탄소섬유, 실리콘 카바이드섬유, 알루미나섬유 등이 강화섬유로 이용되고 있으며, 이들은 고분자복합재료가 적용될 수 없는 고온용 특수용도에 사용된다.5. 신소재의 이용우수한 기능이나 새로운 기능을 지닌 소재가 창제되면 그 이용방향으로서 크게 다음의 2가지가 있다.첫 번째로 기존의 소재로는 기술적 혹은 경제적으로 실현이 불가능하였던 것을 가능하게 하기 위한 이용으로, 신소재가 지닌 기능이나 특성이 모두 활용되는 새로운 용도와 수요를 창출하게 된다.두 함. 반면에 신소재 시장의 신규진입에는 기존의 소재 개발 및 생산업체 또는 관련 수요산업의 업체 중 대규모의 기업이 비교우위를 갖고 있고, 선진국의 예를 보아도 생산업체의 대부분은 이러한 유형의 기업들임.○ 따라서 신소재시장의 신규진입에는 선진국이 유리하고, 기존의 소재개발 및 생산업체 중에서 대규모의 기업이 자본의 투자, 정보의 수집, 기술과 지식의 집약화에 유리하므로 먼저 상업화하게 되면 특허보호조치로 독과점적인 지배를 하는 경우가 많음.- 신소재개발 및 시장이 대기업에 의해 주도되기는 하지만, 특히 파인세라믹스나 복합재료 등과 같은 분야에서는 중견기업이 활동할 수 있는 틈새시장이 존재함. 즉 신공정이나 특수제품의 개발을 위한 전문기술을 보유한 중견기업 또는 그러한 기능을 지닌 대학교 및 연구소와 교류관계가 있는 중견기업 등은 자사 고유의 비교우위 분야를 개척하는 것이 가능함.- 따라서 개발도상국의 후발기업이 신소재 시장에 진입하려면 기술과 지식을 집약하여 틈새시장을 형성할 수 있도록 전문기술을 보유한 중견기업이 연구소와 대학과 긴밀한 협동체제를 갖추어 비교우위의 고유한 분야를 선택적으로 개척하는 전략이 중요함.3) 라이프사이클이 짧고 투자의 위험부담율이 높은 반면 고부가가치 창출○ 신소재산업은 고부가가치 창출형 산업임에도 불구하고 첨단 소재산업의 제반 특성으로 인해 라이프사이클이 짧음.- 이러한 특성은 수요규모의 협소성과 더불어 신소재 개발(또는 R&D)상의 위험부담율을 증폭시키고, 따라서 시장(수요)예측 또한 불확실하게 만드는 요인으로 작용하고 있음.- 신소재는 연구개발형, 제품차별형 제품이어서 기존의 소재에 비해 가공도 및 부가가치의 창출 정도가 높음에도 불구하고 투자의 위험부담이 커서 투자 수익률, 특히 개발 초기의 투자수익률이 타산업에 비해 낮은 편임.․즉 신소재를 개발․생산하는 개별기업 차원에서의 사적 투자수익률이, 신소재를 개발함으로써 관련산업 및 국민경제에 미치는 제반 효과가 고려된 사회적 투자수익률보다 작음.4) 낮은 사적 투자수익률과 정부 특성이 강해 신소재산업 자체 및 관련수요산업에서 유발되는 환경오염 문제를 축소할 수 있음.○ 이러한 소재로서의 역할 변화와 함께 신소재의 개발이 국민경제에 미치는 파급효과가 크게 증대되고 있음.- 직접적으로는 신소재산업 자체에 시장성에 의해서 경제성장에 기여할 뿐만 아니라, 간접적으로는 기존산업 및 첨단산업에 응용되어 기존제품의 고부가가치화, 신제품의 개발, 생산공정의 자동화 등에 기여함으로써 관련산업의 경쟁력 강화 및 지속적인 발전을 촉진하고 더 나아가서는 인간생활의 편익을 도모함.○ 신소재 산업은 기존의 소재를 대체 또는 보완하면서 그 자체 일정한 시장규모를 지니는 하나의 첨단산업으로서, 동 산업의 발전은 기업의 이윤획득 기회를 확대하고 고용을 창출함으로써 사회적 잉여 확대 및 국민소득 증대에 직접적으로 기여하고 있음. 산업이 미래형 성장유망산업이라는 점을 고려할 때 이러한 파급효과는 지속적으로 확대될 전망임.- 국내 신소재 시장규모는 1997년 현재 약 3조 1,100억원 규모에 달하는 것으로 추정되며, 현재 수입의존도는 약 55% 정도로 향후 신소재의 국내개발 및 생산확대가 이루어진다면 수입대체 효과가 막대할 것으로 예상됨.○ 신소재는 자동차, 우주ㆍ항공, 정보통신산업 등 첨단기술산업의 핵심소재로 사용되기 때문에 신소재산업의 발전은 이들 수요산업의 생산양식을 변화시킴으로써 생산성 향상 및 국제경쟁력 강화에 크게 기여함.- 이들 전방산업은 성장유망산업이고, 신소재는 이들 산업의 필수적인 소재로 급부상하여 간다는 점을 고려할 때, 향후 신소재산업의 발전여부가 미래의 산업발전 및 산업구조 고도화를 결정하는 중요한 요인이 될 것으로 기대됨.○ 신소재는 최종 소비재가 아니고 첨단산업 등에 투입되는 소재라는 점을 고려할 때, 신소재산업의 경제적 파급효과는 직접적인 효과보다는 관련산업에 미치는 간접적인 효과 및 외부경제효과가 매우 중요한 의미를 지니고 있음.- 이는 기존의 제품시장을 대체하거나 신시장을 개척해 간다는 의미뿐만 아니라 새롭고 다양한 소재기능의 개발로GE 4
TLC에 의한 광합성 색소 의 분리 및 흡광 spectrum분석I. 서언광합성-고등식물은 뿌 리에서 흡수한 물과 잎에서 흡수한 탄산가스를 재료로하여엽록소의 도움 아래 광에너지를 이용하여 당류나 전분과 같은 탄수화물을 합 성하는 소위 탄소 동화작용을 한다. 특 히 탄소동화작용이 고등식물 에서 볼수 있는 바와 같이 광에너지 에 의존하는 경우에 이를 광합성 (Photosythesis)이라 한다. 광합성에 의해 만들 어진 탄수화물이나 그밖에 변해서 생긴 여러 가지 유기물질 즉, 넓은 의미의 동화 생산물은 높은 화학적 에너지를 간직하고 있으므로 광합성은 태양 의 광에너지를 화학에너지로 바꾸어 작물체 내에 축적하 는 과정이라 할 수 있다.1) 엽록체의 구조-엽록체는 식물에서 녹색부분 (잎과 어린줄기) 의 세포에 들어있는 세포기관이며, 외막, 내맥, 스토로마, 그라나 로 구성되어 있다.-스트로마: 기질부분으로 여러 종류의 효소들이 이산화탄소를 환원하여 탄수화물을 합성한다.DNA와리보소가 있어 엽록체 증식에 필요한 DNA와 단백질을 합성한다.-그라나: 동전모양의 틸라코이드의 겹구조물로 빛에너지를 흡수하여 화학에너지로 변환시킨다.2)광합성 색소-광합성의 색소 분리: 크로마토 그래피로 물질의 이동율로 광합성 색소 분리를 한다.-광합성 색소는 4가지로 분리하는데. 2가지는 황색 계통의 카로틴과 크산토필 , 나머지 2가지는 녹색계통의 엽록소a와b이고, 그 비율은 3:1이다.♣물질의 이동율(Rf)Rf=각물질의 이동한 거리/전개액의 이동거리3)빛의 흡수와 광합성에의 이용-흡수 스펙트럼을 통해 광합성 색소는 청색광과 적색광의 빛을 잘 흡수하는 것을 알 수 있다.-흡수 스펙트럼은 광합성 색소에 의해 프리즘으로 본광된 빛을 비추어 어떤 빛을 잘 흡수하는 가를 알 수 있다.-작용 스펙트럼을 통해 청색광과 적색광에서 합성이 잘 된다는 것을 알 수 있다.-작용 스펙트럼은 여러 가지 단색광의 빛으로 광합성을 시켜 파장으로 광합성의 효율을 알아 본 것 이다.-두 그래프가 일치하는데 이는 엽록소가 빛 에너지를 흡수하여 광합성에 이용한다는 것을 의미한다.-위의 그림을 통해 빛의 파장에 따라 광합성량이 달라진다는 것을 알 수 있다.-호기성 세균은 산소가 많이 발생하는 곳에 모이고, 산소가 많이 발생하는 곳이 광합성이 잘되는 파장이다. 붉은색과 푸른색 파장이다.-녹색부분은 거의 다 반사하므로 광합성에 거의 사용되지 못한다.4)광합성의 요인=>광합성량은 빛의 세기, 온도, 이산화탄소의 농도 등에 따라 달라진다.A.빛의 세기=총광합성량과 호흡량이 같을 때의 빛의 세기를 보상점, 광합성량이 최대가 되는빛의 세기를 광포화점이라고 한다.=아래 그림에서 A식물은 B식물보다 보상점과 광포화점이 높아서 살아가는데 더많은 빛을 요구로 한다.=빛의 세기와 무관하게 호흡량은 일정하다.=빛의 세기가 보상점 보다 약하게 유지되면 이산화탄소가 방출되고 산소는 흡수되는데 계속 지속되면 식물은 죽는다.=빛의 세기가 보상점에 고정되면 외관상 기체의 출입은 없다. 마치 광합성이 정지한 것처럼 보이지만 사실은 광합성량과 호흡량이 같아졌기 때문이다. 계속지속되면 식물은 생장을 멈춘다.B.온도--광합성량은 5 ~25℃사이에서는 10℃상승함에 따라 약 2배로 증가하지만 35℃부근을 극대점으로 하여 그 이상의 온도에서는 급격히 감소한다. 이는 효소의 파괴 때문이다. 강한 빛에서..C.이산화탄소의 농도광합성량은 포화점까지는 농도 증가에 따라 증가한다. 강한빛에서만.이산화탄소의 농도와 온도에 따른 광합성량의 변화는 모두 강한 빛에서만 그 효과가 나타난다. 그러므로 빛은 광합성에 있어서 제한 요인이 된다.*광합성의 연구사반 헬몬트의 실험 : 건조한 흙 90kg, 2.3kg의 어린 버드나무를 심어 매일 물만 주고 5년간을 키운 후측정한 결과 버드나무는 74.5kg이 증가하였고, 흙의 무게는 60g이 줄었다.가설 : 식물은 흙 속의 물질로 이루어진다.결론 : 식물은 물로 이루어진다.프리스틀리 : 광합성 결과 산소가 발생되는 사실을 발견 하였다.잉겐호우스 : 광합성에서 산소의 발생은 빛이 있을 때만 가능하다.소쇠르 : 광합성에 이산화탄소가 필요하다.펠띠에 : 광합성에 엽록소가 중요한 역할을 한다.현대의 광합성 연구블랙만(1905)-명반응과 암반응이 있다.힐 : 명반응의 과정을 밝혔다.칼빈 : 동위원소를 사용하여 칼빈회로를 밝혔다.(1956)II. 실험 방법*실험 준비물: 시금치 25g, 원심 분리기, acetone, 유리판, 호일(증발 방지), 실험관, 자, 흡광도 측정기, 헤어 드라이기, 이동상, 고정상, 시료,**색소의 추출시금치 잎 25g+100ml acetone->마쇄->원심분리->건조->5ml Chloroform 용해**TLC(Thin Layer Chromatography)고정상-silica gel이동상-hexane+ether+acetone(6+3+2)시료-10ul***실험 순서시금치 잎 25g에 100ml의 acetone을 넣어 마쇄를 시킨다.마쇄를 시킨 후 원심 분리기로 찌꺼기를 제거한다.건조를 하면 acetone은 날아가고 색소만 남게된다.5ml Chloroform 용해 시킨다.유리판 밑에서 2cm가량의 위치를 표시한다.색소를 추출한 것을 2cm가량의 위치에 떨어뜨린다.떨어 뜨린 즉시 헤어 드라이로 말린다.실험관에 유리판을 넣는데 이때 이동상에 유리판에 떨어뜨린 곳에 닿지 않도록 한다.15분간 기다린다.분리된 색소의 각 위치를 색소 추출한 곳부터 각각 거리를 측정한다.각각 분리된 색소를 긁어 내어 acetone 용액에 넣어준다.원심 분리기에 중심을 맞추어 돌린다.돌린 후 acetone을 따로 꺼내어서 흡광도 측정기에 넣어서 흡광도를 측정한다.III. 실험 결과 및 해석TLC에 의한 색소의 분리색소 번호이동 거리Rf 값색깔10.5cm0.06레몬색21.5cm0.18연노랑32.5cm0.31노랑449.0nm0.205A43cm0.37풀색649.0nm0.168A53.5cm0.43녹색663.0nm0.4.3A65cm0.62연회색78cm1노랑용매=8cm**엽록소의 구조***엽록소 스팩트럼#*흡광도&파장*카로티노이드(Carotenoid): 당근의 색소인 카로틴과 유사한 색소군.노랑ㆍ오렌지ㆍ분홍의 색소로서 동식물계에 널리 분포한다. 안토시안이나 플라본과색이 흡사하지만, 벤젠ㆍ이황화탄소ㆍ에테르 등의 지용성 용매에 녹으므로 구별할 수있다. 또 식물의 유색 부분을 현미경으로 보면, 카로티노이드는 일반적으로 색소체에포함되어 입상(粒狀)으로 보이고, 안토시안이나 플라본은 세포액에 균일하게 녹아 있다.쿤(Richard Kuhn)- 1900. 12. 3 빈~1967. 8. 1 -독일 하이델베르크-독일의 생화학자1938년 카로티노이드와 비타민을 연구한 공로로 노벨 화학상을 받았으나, 나치의 방해로 상장과 금메달은 제2차 세계대전이 끝난 뒤에 받았다. 1922년 뮌헨대학교의 리하르트 빌슈태터 밑에서 효소에 관한 연구로 박사학위를 받았다. 1926~29년 취리히공과대학에 있었으며, 그뒤 하이델베르크대학교 교수와 하이델베르크에 있는 카이저 빌헬름 의학연구소(나중에 막스 플랑크 의학연구소가 됨) 소장이 되었다.쿤은 천연에 널리 분포하며, 지용성 황색색소인 카로티노이드에 관련된 화합물들의 구조를 연구했다. 그결과 적어도 8개 이상의 카로티노이드를 발견해 순수한 형태의 카로티노이드를 만들었으며, 그들의 조성(組成)을 밝혔다. 그는 또 특정 조류(藻類)를 수정시키기 위해서는 카로티노이드가 꼭 필요하다는 것을 발견했다. 파울 카러와 동시에 비타민 B2의 조성을 밝혔으며, 최초로 1g의 비타민 B2를 분리했고, 동료와 함께 비타민 B6도 분리했다. 1948년부터 〈유스투스 리비히 화학연보 Justus Liebigs Annalen der Chemie〉의 편집자를 지냈다.*-*
