[신기술에 도전한다] (3)고분자 나노소재

나노기술(NT)이란 1mm의 10만분의 1∼1백만분의 1 크기에 해당하는 초미세 재료를 이용, 기존의 기술로는 불가능했던 새로운 성질이나 다양한 특성을 얻는 신기술로 21세기 가장 주목받는 분야다.

이처럼 미세한 크기의 재료를 다루는 나노기술은 크게 두가지 접근방법을 사용하고 있다. 하나는 큰 덩어리를 잘게 나눠 나노크기(10억분의 1m)의 재료로 만들어 나가는 '탑 다운(top-down)'방식이며, 또 다른 하나는 미세한 분자구조를 설계하고 이를 화학적으로 합성함으로써 나노재료를 만드는 '버텀 업(bottom-up)'방식이다.
현재 나노기술 상용화 연구중에서 가장 활발하게 진행되고 있는 분야로는 반도체와 신소재분야를 꼽을 수 있다.

고분자 나노소재는 단분자의 결합에 의해 생성된 고분자의 화학구조를 분자 수준에서 제어, 나노 크기의 특정한 성질을 갖는 재료로 만들어내는 소재기술로 '버텀 업'방식의 대표적인 예다.
또한 반도체 소자 공정분야에서도 실리콘 기판에 회로를 새기는 '탑 다운'방식의 제조기술이 이용돼 왔으나 최근에는 소자의 고집적도가 요구됨에 따라 반도체재료와 전극재료를 나노 크기로 합성, 이들을 조합하는 '버텀 업'방식이 사용되고 있다.

NT영역중 고분자 나노소재 분야는 고분자를 다뤄 새로운 기능의 신소재를 만들어 내는 첨단기술이다. '마법의 합금'으로 불리는 꿈의 신소재가 자동차와 의류등 산업계를 지배하는 시대가 도래하고 있다는 데 이의를 다는 사람은 없다.

과학기술부 21세기 프런티어사업의 일환으로 구성된 나노소재기술개발사업단에서도 무게를 40%이하로 낮추고 강도와 수명은 2배로 늘린 고강도 금속소재 개발과 1.5∼2배 이상으로 강도를 높인 하이브리드형 고분자 나노 복합소재 개발에 매달리고 있다.

또 나노사이즈의 점토(Clay)를 이용한 고분자 나노복합재료에 대한 연구도 최근 국내에서 활발하게 진행되고 있다. 고분자-점토를 혼합한 나노복합재료는 미국의 암콜사와 일본의 도요다중앙연구소가 주도적으로 개발, 자동차용 소재와 식품 포장용 재료로 상품화되고 있다.

최근에는 국내 기업이 고분자 합성·가공기술인 나노 폴리기술을 가전제품에 처음으로 적용, 강력한 항균·항곰팡이·탈취기능을 갖춘 냉장고와 에어컨을 출시하기도 했다.
이처럼 나노기술이 차세대 핵심기술로 떠오르면서 국내 연구진들도 나노기술을 접목시켜 강도와 난연성·가스차단성등이 뛰어난 고분자 신소재를 속속 개발, 특허출원이 줄을 잇고 있다.

고분자 화합물은 분자량이 극히 큰(보통 1만이상) 거대한 화합물로 고중합체(polymer)라고도 하며 일상생활과 관계가 깊은 물질이 많다. 예를들어 단백질과 녹말·천연고무·섬유소등은 천연 고분자화합물이며 나일론과 폴리염화비닐(PVC)·스티로폴·고무등은 합성 고분자화합물이다.