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영상으로 보는 과학실험입니다.

첨단 나노소재 플러렌 만들기

1. 실험 목적
21세기 꿈의 신소재라 불리는 나노소재. 탄소나노튜브와 플러렌은 대표적인 나노소재이다. 탄소원자가 축구공 모양으로 결합되어 있는 구조인 플러렌을 직접 조립해봄으로써 어렵게만 느껴지던 나노기술을 체험해보자.









2. 실험준비물
탄소원자 모형 60개, 연결막대 90개
*실험준비물은 나노소재기술개발사업단(http://cnmt.kist.re.kr)에 문의하세요









3. 실험방법
①탄소원자 모양 5개와 연결막대 5개를 이용하여 오각형 모양을 만든다
②오각형과 연결되는 곳에 육각형 다섯개를 만든다
③오각형이 반드시 육각형으로 둘러싸이게 연결하면 축구공 모양이 완성된다












4. 실험 속 과학원리
21세기 꿈의 신소재, 플러렌은 탄소나노튜브와 더불어 대표적인 나노소재이다.
60개의 탄소원자가 축구공 모양으로 결합되어 있는 구조(지름 : 약 0.7mm)로 이와 비슷한 모양의 돔을 설계한 건축가 풀러(Buckminister Fuller)의 이름을 따서 플러렌(Fullerene)이라 이름지었고, 나노코리아 2004의 기조연설을 하는 크로토박사는 플러렌을 발견한 공로로 스몰리, 컬 박사와 공동으로 1996년도 노벨 화학상을 받았다.
플러렌은 강하면서도 미끄러운 성질로 다른 물질을 넣고 삽입할 수 있게 열려지거나 튜브처럼 이어질 수 있는 특성이 있다. 정보기술이나 바이오 의약, 환경, 구조용 재료 등 넓은 분야에서 혁신기술을 일으키리라 기대되는 신소재이다.

1나노는 10억분의 1을 의미하며 원자(atom)의 크기는 0.1나노, DNA의 넓이는 2~5나노, 혈액세포의 크기는 1000나노이다.
나노 크기의 고체는 일반 고체의 구조와 조금 다르다.













이와 같은 구조 때문에 다른 물질을 넣고 삽입할 수 있게 열려지거나 튜브처럼 이어질 수 있는 것이다.



나노소재란 무엇일까요?
합성 또는 가공 등의 공정을 통하여 미세구조가 1~100나노의 영역에서 조절되어 획기적으로 특성이 향상되는 소재(재료)를 말합니다.
나노소재를 만드는 방법은 크게 2가지 입니다.
하나는 버텀-업 접근법(Bottom-up)으로 원자 또는 분자를 합성해서 빌딩블록을 만들고 이것을 다시 조립, 조합하여 나노소재를 만드는 것입니다.
다른 하나는 탑-다운 접근법(Top-down)으로 큰 덩어리를 쪼개어 분말을 성형한 후 이것을 조립, 조합하는 방법입니다.

나노 구조는 자연 속에서도 관찰할 수 있습니다.
전복 껍질은 판상 구조라는 독특한 모양(다층 박막)을 하고 있어서 껍질의 파괴 저항이 높습니다. 그래서 껍질은 쉽게 깨지거나 금 가지 않습니다. 이런 성질은 코팅 기술에 응용할 수 있습니다.









나비의 날개에 물 또는 이슬이 묻어 있는 것을 보신 적이 있나요? 나비의 날개는 마치 비옷과 같은 성질이 있어서 물에 ?지 않습니다. 물방울이 그대로 맺혀 있죠. 나비의 날개를 전자현미경으로 관찰하면 나노구조 모양임을 알 수 있습니다. 나비 날개의 조직을 모방하여 특수한 우의(소수성 신소재 비옷)를 만들 수 있습니다.





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생활 속에 사용되는 나노기술은 어떤 것이 있을까요?
먼저 자동차를 살펴봅시다. 스스로 닦이는 유리와 백미러, 변색 안되고 오래가는 페인트, 무공해 연료 전지, 고성능 타이어, 초고강도 강 및 알루미늄 합금 차체, 고기능 필터, 고강도 나노 복합소재 범퍼 등이 현재 사용되고 있거나 개발 중입니다.




* 자동차에 사용된 나노기술 사례






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그 밖에도 공해물질을 제거하는 정수기, 폐수처리시설 등에 사용되며 건축 구조물의 무게를 혁신적으로 줄이는 경량화에 이용됩니다.








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