궁금했어 , 첨단 소재

궁금했어, 첨단 소재 ㅣ 사이언스 틴스 10
권경숙 지음, 이혜원 그림 / 나무생각 / 2022년 12월

궁금했어 , 첨단 소재 /권경숙 글

나무생각


학창시절 이과학생들은 원소 주기율표를 줄줄 외우곤 했다. 이 책에 나오는 원소들은 우리 생활과 밀접한 첨단소재 즉 새로운 물질에 대한 이야기이다. 인류가 새로운 물질들을 계속 개발 해 왔기 때문에 비행기도 만들게 되고 컴퓨터도 만들어진 것이다. 그럼 이지구상의 모든 물질은 어디에서 왔을까? 모든 물질은 우주에서 왔다는 것이다. 기본적으로 원자를 시작해서 빅뱅이후 생겨난 수소가 바로 기본원소이다. 주기율표상에 처음으로 시작하는 원소기도 하다. 그럼 주기율표에 있는 수많은 원소는 어디에서 왔을까? 수소가 헬륨으로 되는 과정에서 태양의 빛과 열이 발생 되듯이 원자들도 힘겹게 뭉치고 뭉쳐서 점점 더 큰 원소를 만들어 내는 것이다. ​




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우리가 금속을 이야기 할때 합금이라는 말을 자주 쓰는데 정확하게 합금은 무슨뜻일까? 금속의 90%이상을 차지하는 것이 철합금이다. 합금이라는 것은 철에 다른 어떤 물질을 섞은 것이라는 말이다. 다양한 금속을 주원료로 해서 다른 금속을 첨가 하거나 금속이 아닌 다른 물질을 첨가하는 것을 모두 합금이라고 한다. 10만 가지가 넘은 합금의 원재료는 철이다. 마블 영화 속 슈퍼 히어로들의 리더인 아이언맨은 '철인'이다. 초기 아이언맨은 투박한 강철의 슈트지만 시간이 지날수록 첨단소재로 만든 슈트를 입는다. 그의 슈트 또한 순수한 철이 아닌 합금이라는 사실이다. 철은 생각보다 무른 금속이라서 철을 가공해서 합금을 만드는 방법을 이용한다. 우리는 지금 철기시대에 살고있다. 철의 가공법이 발전하여 탄소가 0.02~2%정도로 포함된 강철을 만들어 내기까지 과학적인 원리로 녹슬지 않는 합금인 스테인리스강이 만들어 진 것이다.

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미국에 있는 자유여신상, 영국에 있는 유네스코 세계 유산인 포스교, 미국 샌프란 시스코의 금문교등은 녹과의 전쟁 중으로 수년간 엄청난 양의 페인트를 칠하면서 보존중이다. 녹이 슬어도 괜찮은 강철을 '내후성강' 이라고 한다. 철에 구리, 크로뮴, 인, 니켈등을 첨가해 만든 것으로 다리나 건물의 외벽으로 사용하고 있다. 그러면 이렇게나 많이 사용되는 철은 어디에서 나는 것일까? 인류가 사용하는 금속의 90%를 차지하는 철은 지구상에 가장 많이 존재하고 있다. 지구는 철의 행성이라고 불릴 정도이다. 철은 내핵과 외핵에 자리하고 있고 지구의 껍질인 지각에는 전체 철의 5.2%가 있다고 한다. 앞으로 150년정도 사용할수있고 철은 다시 녹여 재활용할 수 있고 수거하기가 수월한 친환경 소재인 샘이다.

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< 다양한 합금들 > ​​

알루미늄합금- 두랄루민은 전기를 잘 흐르게 하여 비행기에 번개가 내리치면 비행기 몸 전체로 전류가 빠르게 퍼지면서 날개 끝쪽에 있는 '정전기방출길'을 통해 대기로 흩어지게 한다.

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기억할 줄 아는 금속 형상기억합금- 금속 중 자기 모양을 기억해 되돌아오는 금속으로 안경테에 많이 사용하고, 아폴로 11호가 달에 갈때 처음 사용하였다. 치과에서도사용되고 이탈리아에서는 셔츠를 만들기도 해서 추울때는 길어지고 더울때는 짧아지는 옷을 만들었다. ​

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새로운 에너지원을 만들 수소저장합금- 금속안에 수소를 저장하는 기술을 개발중이다. 이 기술이 쉽게 사용된다면 환경오염이나 화석연료 대체가 가능해진다.

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p.27~33


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우리가 사용하는 물건을 만드는 재료 중 가장 놀랄만한 것은 뭘까? 아마 플라스틱 일 것이다. 가볍고 던져도 안 깨지고 온갖 물건에 다 사용되고 있는 플라스틱말이다. 플라스틱은 장점이 참 많다. 인공물질, 합성수지 플라스틱은 현대에 가장 많이 쓰이는 소재이다. 그런데 플라스틱은 자연에 존재하지 않는 재료이긴 하나 그 원료인 석유와 석탄은 자연에서 얻는 것이다. 그러면 왜 플라스틱을 인공재료라고 하는 걸까? 원유를 끓여 석유가스를 얻고 난 후 두번째 물질인 '나프타'인데 이것이 바로 휘발유와 플라스틱이다. 원유에서 추출된 '에틸렌' 탄소끼리 결합하는 두개의 손 중 하나의 방향을 바꿔서 다른 탄소를 잡도록 인위적으로 만들어 주기 때문에 인공적 합성물질이라고 하는 것이다. 이렇게 복잡한 구조를 여러 개 연결해서 만들기 때문에 플라스틱을 '고분자물질' 이라고 한다. 그러니 결합하는 수에 따라 무엇을 만들 수 있을지 상상 이상의 많은 물건들을 만들 수 있다는 것이다. 치솔부터 빨대까지 두루 사용되지만 지구환경과 생태계에 큰 위협이되는 물질이기도하다. 환경을 해지지 않으면서 플라스틱을 잘 사용하는 것도 또 하나의 우리의 숙제일 것이다.


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배트맨 슈트를 만들어낼 수 있는 '아라미드' 섬유나 운동선수에게 아주 좋은 탄소섬유는 꿈의 신소재라고 불리는 수식어까지 붙는다. 또 아이언맨의 엄청난 힘은 가슴에서 빛나는 작은 '아크 원자로'에서 얻는다. 영화에서 처럼 진짜로 아크원자로가 '초전도체'라는 첨단소재로 가능해 질 수 있다고 한다.

이 밖에도 반도체, 영화에서 많이 다뤄지는 나노물질까지 흥미로운 소재에 대한 이야기가 담겨있다. 다양한 첨단소재를 발견 ,발명하고 발전을 해 나갈 인류의 문명에 앞으로 어떤 소재가 또 나타날지는 아무도 모른다. 하지만 한가지는 확실하다. 이런 첨단소재로 우리의 인류가 엄청난 편리를 누리게 되고 지구에서 인류의 삶은 지속 될 것이라는 사실이다.

이 책은 다양한 첨단 소재에 대해 우리가 잘 아는 영화와 관련지어 예들 들어준다. 영화에서 와~ 하고 감탄으로 끝날 이야기가 실재로 미래에 그 같은 일이 현실화 될 수 있음을 생각하니 기대감이 두배가 된다. 우리가 잘 알고 있는 플라스틱에 대해서도 어려운 화학식을 쉽게 풀어 설명이 되어 있어 아이들도 어렵지 않게 읽어낼 수 있는 책이다. 미래 첨단소재에 대한 과학자를 꿈꾸는 어린이라면 이 책을 통해 앞으로 인류의 오늘과 내일을 바꿔 놓을 첨단소재에 대해 미리 알아두는 것도 좋을 듯 하다. ​

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[출판사로부터 도서 협찬을 받았고 본인의 주관적인 견해에 의하여 작성함]