쓸모의 과학, 신소재

쓸모의 과학, 신소재 - 세상에 이로운 신소재 이야기
조용수 지음 / 교보문고(단행본) / 2024년 4월

쓸모의 과학, 신소재 – 조용수

*본 도서는 출판사로 부터 제공받았습니다.*

나에게 신소재라고 하면 좀 추억이 있는 단어다. 결국 이공계 진학하면서 밀레니얼하고 우리 생활에 엄청난 변혁을 만들어 줄 것 같은 느낌과 내 인생을 함께했다. 애증의 단어다. (나에게 국한) 작가도 이러한 전공자들을 가르치는 연세대학교의 신소재공학과 조용수 교수다. 이렇게 신소재가 넘치는 현재에도 여전히 신소재에 대한 개발과 연구는 끝이 없을 수 밖에 없다. 사람들이 필요로 하는 필요에 의해 계속 개발의 필요성이 생기기 때문이다. 인류문명은 합성고무(타이어), 나일론, 반도체, 디스플레이 중 나소사이즈인 퀀텀 닷 등 분야를 말하자면 끝이 없다. 최근 삶에서 매일 나와 함께하는 스마트폰을 포함해 신소재가 쓰이지 않은 곳이 없다. 전자의 이동과 건전지를 처음 만들었던 세대(특히 볼트아저씨)가 지금의 리튬이온 충전지의 집약성을 보면 아주 놀랠 것이라고 생각한다. 그만큼 세상에 이로운 신소재들은 많다. 그것도 신기하게도 지구상에 제일 많은 물질들을 이용해서 변형시킨다는 기본을 다시 깨우칠 수 있었다. 인류의 문명은 알다시피 지금의 <철기시대>다. 그렇지만 20세기의 혁신이 있게 해준 데에는 실리콘의 지대한 영향이 있어서 <실리콘시대>라고도 볼 수 있다. 인간은 구리(Cu) 제련을 시작했다. 금속을 확보한다는 것은 부족과 종족의 힘을 보여주는 무기가 되었다. 이후, 구리에 주석을 함유하는 청동을 만들기 시작하면서 신소재(이 경우에는 구리 합금)를 개발해온 것이다. 이것이 벌써 기원전 3200년 전부터이다. 청동은 구리 원자에 비해 작은 주석원자가 들어감으로써(5~10%) 강도가 세지고 녹는점을 낮추는 효과가 있다. 청동은 이후 더 강력한 철이 발견되면서 부터 역사의 뒤안길로 밀려난다.

따지고 보면 완벽한 소재는 존재하지 않는다는 것이 이 신소재 분야의 매력인 것 같다. 원래 가지고 있던 불안정한 구조가 예전에는 단점이었지만 반대로 지금은 장점이 되기도 한다. 의도적으로 이 결함을 사용해서 소재가 가진 특성을 개선시키기도 한다. 철도 탄소를 만나서 강철이 되듯이 말이다. 최근까지 내가 관심을 가졌던 태양전지의 경우도 표면의 계면반응으로 효율 감소로 치부해왔다. 그렇지만 외부에 설치하는 구조물 상 표면 보호 코팅을 통한 반응 차단등을 통해 보완해가고 있다. 태양광 발전의 경우 신재생에너지라고 구분짓는 것은 들었는데, 책을 통해 에너지를 수확하는 뜻인 <에너지 하베스팅>이라고 부른다는 것도 알게 되었다. 보통 태양광발전을 하는 사업주들을 발전사업자라고 부르는데, 내가 만약 발전사업자가 되면 <에너지 수확자>라고 불러보는 것도 좋을 듯 싶다. 그리고 전부터 관심 있었던 페로브스카이트 구조의 새로운 할라이드 화합물을 이용한 태양 전지가 개발되어 광전 효율 25% 이상이 보고되었다 한다. 이제 1세대인 실리콘 태양전지에서, 2세대인 유기박막 태양전지로 변화했다. 마지막으로 화합물 반도체인 3세대 페로브스카이트 태양전지로 발전한 것이다. 이로써 더 많은 태양에너지를 수확할 수 있는 계기가 얼른 만들어졌으면 좋겠다.

이공계진학을 앞둔 학생들이 읽으면 아주 눈이 초롱초롱 떠질만한 책이다. 전공서적을 상세한 그림과 친절한 설명으로 해석해주셔서 오래간만에 옛 생각을 떠올리며 읽었다. 역시 읽으면서 난 이런 걸 좋아했었구나 하고 떠올리는 시간이었다. 앞으로 내가 사게 될 머지 않은 전기차도 더 쓸모 있고 개선된 배터리로 장착되어 나타나주길 바란다.