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나노 기술의 장점, 나노 기술의 원리, 현미경의 원리, Nano technology
고대 우리의 조상들은 현대인들이 알아낼 수 없는 방식으로 특별한 물건들을 만들어냈습니다.
그중의 하나는 바로 다마스쿠스 강철(Damascus Steel)로 이것은 중세 이슬람에서 전투용 검을 만들기 위해 쓰인 강철입니다.
이 강철로 만든 검은 매우 단단하고 잘 깨지지 않으며 날카로워 아주 강력한 무기가 되었습니다.
최근 들어 발전한 과학 분석 기술을 통해 다마스쿠스 강철 유물을 분석하였는데,
독일 드레스덴 공과대학의 페터 파우플러라는 결정 학자가 그 강철에 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)라는 나노 물질이 들어 있음을 찾아냈습니다.
고대 사람들이 탄소 나노튜브를 만들어 강철 안에 첨가했다기보다는, 나무껍질, 망간, 니켈, 코발트 등의 수많은 물질들을 섞고 가공하는 과정에서 화학반응이 일어나 강철 안에 나노튜브가 생성되었을 것이라고 예상됩니다.
그러나 우리는 여전히 다마스쿠스 강철의 핵심 재료와 비밀을 완전히 알지 못합니다.
탄소나노튜브 구조
또한 고대 로마에서 제작한 리쿠르고스 술잔(Lycurgus Cup)은 서기 400년 즈음에 만들어졌으며 신화 속의 리쿠르고스라는 왕의 형상으로 장식되어 있습니다.
이 유리잔에는 매우 특별한 비밀이 있는데요, 빛을 비추는 방향에 따라 유리잔의 색이 빨간색이나 초록색으로 변하는 특성을 지닙니다.
현대의 한 연구자가 술잔의 유리 파편을 고배율 현미경으로 분석한 결과,
유리 속 극소량의 금 나노입자와 은 나노입자들이 이렇게 특별한 색을 내는 효과를 가져온다는 것을 밝혔습니다.
고대 로마인들이 어떻게 이런 유리를 제작하였는지는 알 수 없지만, 제 형태를 오롯이 간직한 리쿠르고스 술잔에서 고대 사람들의 지혜를 더듬어 볼 수 있을 것입니다.
리쿠르고스 술잔
나노(nano)라는 말의 어원은 그리스어 난쟁이(nanos)입니다.
1 나노미터는 1미터의 10억 분의 1의 크기이며, 우리 머리카락의 굵기가 보통 18~180 마이크로미터인 것을 생각하면 머리카락 굵기의 약 10만 분의 1의 크기로 매우 작습니다.
이 나노 기술이 중요한 이유는 물질이 나노 단위의 크기로 작아지게 되면 본래의 특성과 매우 달라진다는 것에 있습니다.
물체를 나노 단위로 만들고 나노 단위의 기술을 분석하기 위해서는 고기능의 현미경 장치가 필요합니다.
일반적으로 널리 알려져 있는 광학현미경은 볼록한 렌즈를 이용하여 물체를 확대해 보는 장치로 생물 세포를 관찰하는 등에 널리 쓰였습니다.
그러나 이렇게 빛을 이용한 현미경은 한계가 있습니다.
대장균
렌즈의 배율을 높일수록 이미지는 커지지만 광학현미경은 분해능에 한계가 있어서, 일반적인 광학 현미경은 이론상으로 최소 200~350nm까지밖에 관찰할 수 없습니다.
이러한 한계를 해결하기 위해 과학자들은 다양한 방식으로 노력했는데요,
2014년 노벨화학상을 받은 미국의 에릭 베치그(Eric Betzig, 1960~)와 윌리엄 머너(William E. Moerner, 1953~), 독일의 슈테판 헬(Stefan W. Hell, 1962~)이라는 과학자들은 초고해상도 광학현미경을 개발했습니다.
이 사람들이 개발한 현미경으로는 대장균을 관측할 수 있었습니다.
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