요즘 우리 주위에서 흔하게 접할 수 있는 ‘나노’는 난쟁이를 뜻하는 그리스어 나노스(nanos)에서 유래했다.1나노초(㎱)는 10억분의 1초를 뜻하며 1나노미터(㎚)는 10억분의 1m로서 사람 머리카락 굵기의 10만분의 1, 대략 원자 10개 정도의 크기에 해당된다.

나노기술은 대략 1∼100nm 크기의 물질로 이루어진 미세한 크기의 재료나 기계를 만드는 기술, 나노 크기 영역에서 나타나는 새로운 물리적 특성을 응용해 장비의 성능을 크게 향상시키려는 기술 등으로 구성돼 있다. 나노 크기의 물질이 갖는 가장 큰 특징은 조그만 크기 변화에도 민감하게 반응한다는 점이다. 이러한 반응은 광학적·전기적·자기적 에너지의 관점에서 새로운 현상들을 발생시킨다. 또 표면효과 역시 나노 영역에서 중요하게 생각되는 부분이다.

나노크기의 물질은 일정한 물질부피 안에 존재하는 표면적이 기존의 물질에 비해 매우 크다. 따라서 물질을 구성하는 원자들이 입자의 표면에 많이 존재하게 됨으로써, 기존의 물질에서는 기대할 수 없었던 새로운 물리적 성질이 나타난다. 또 이러한 넓은 표면적으로 인해 물질의 상태가 매우 불안정하기 때문에 주위 환경과 쉽게 반응하거나 상태가 쉽게 변하는 성질을 갖는다. 현재 나노기술은 세탁기나 냉장고 등 가전제품에서부터 치약이나 비누 등 생활용품에 이르기까지 다양하게 상용화되고 있다. 가까운 미래에는 우리가 상상했던 것을 현실로 만들어 줄 것으로 기대를 모은다.

실제로 인체의 모세혈관 속을 잠수함처럼 다니면서 질병을 진단하고 치료할 수 있는 나노로봇, 기가바이트(GB)보다 1000배 빠른 속도와 용량의 테라바이트급으로 집적화할 수 있는 나노크기의 반도체 등이 상용화 단계에 접어들고 있다. 또 의학 분야에서 나노크기의 고분자나 자성나노입자로 만들어진 나노바이오 센서는 감도가 매우 뛰어나 극소량의 시료만으로도 특정 목표를 찾아가 바이러스나 암세포 등의 유해한 물질을 제거·진단하는 데 유용하게 쓰인다.

연세대학교 광자응용기능성분자 연구실 김용록 교수팀은 최첨단 나노기술과 초고속 레이저 분광학 기술을 접목, 나노특성과 에너지 변환 특성을 나타내는 독창적인 연구를 수행하고 있다.

특히 수십 나노미터 수준을 뜻하는 ‘메조’ 영역에서 기공성 탄소나노섬유를 개발해 차세대 수소 저장 소재 및 고감도 기체 센서의 개발 가능성을 열었다. 이 연구결과를 이용하면 환경 유해물질을 선택적으로 분리해 제거할 수 있는 다기능 광촉매를 생산할 수 있다. 김 교수팀의 연구결과는 지난 5년간 화학분야의 국제 학술지에 40여편의 논문으로 소개됐고,7편의 특허가 출원돼 있다.

김 교수는 “광통신 및 디스플레이 소자 연구와 유해바이러스, 유독성 환경 물질을 해결하는 연구에 주력하고 있다.”면서 “나노가 기본적인 개념 단계에서 벗어나 본격적으로 산업에 활용되는 데 기여하고 싶다.”고 밝혔다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr