목포대학교 자연과학대학 물리학과 김창대 교수 나주다시중학교. 한국과총 일일 과학특강 金昌大金昌大.

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1 목포대학교 자연과학대학 물리학과 김창대 교수 나주다시중학교

2 한국과총 일일 과학특강 金昌大金昌大

3 NT IT BT 인간중심형 기술변화 21세기 3대 기술 혁명

4 1. NT(Nano Technology)세계 1~100 nm 의 나노 스케일 영역에서 원자, 분자를 조작하여 이들의 미세한 구조로부터 근본적으로 새로운 특성과 기능 을 갖는 재료, 소자, 시스템을 창제하는 과학 및 기술

5 나노(Nano)란? Nano : 그리스어 나노스(난쟁이)에서 유래 10 1 10 3 10 6 10 9 10 12 10 15 데카 (deca) 킬로 (kilo) 메가 (mega) 기가 (giga) 테라 (tera) 페타 (peta) 10 -1 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 데시 (deci) 밀리 (milli) 마이크로 (micro) 나노 (nano) 피코 (pico) 펨토 (femto) 1/1,000

6 물질들의 크기의 세계 (1,000 Km ) 10 6 ~12,800 km 킬로미터 (Km) 10 3 미터 (m) 1 밀리미터 (mm) 10 -3 머리카락 마이크로미터 (μm) 10 -6 분자 나노미터 (nm) 10 -9 원자

7 12800 km (1.28X10 7 m) 10 7 m: 1cm ! 나노는 얼마나 작은가?

8 나노 세계는 어떻게 볼 수 있을까? 광학현미경주사전자현미경 원자현미경

9 나노의 세계로?

10 10 5 배 10 8 배

11 나노의 세계: 원자 조작 35 개 Xenon 원자로 만 든 세계 최소 IBM 로고 구리 표면 위에 Fe 원자로 쓴 글자

12 나노화에 따른 물질의 특성 변화 표면적의 변화 흡착, 용해 등의 반응성의 증가 기능성 물질의 첨가로 기능의 다양화 기능성 물질의 첨가로 기능의 다양화 물리 화학적 특성 변화 내부 구조 변화와 성질 변화 광학적 성질 변화 자성 변화

13 나노 입자의 크기에 따른 물성 변화 1 cm 표면적: 6 cm 2 1 mm 표면적: 6 x 10 1 cm 2 1 nm 표면적: 6 x 10 7 cm 2 같은 부피의 물질이라도 작게 쪼개면 쪼갤수록 표면적은 증가한다 흡착력과 화학반응 촉진 능력이 좋아진다

14 금 나노 입자의 크기에 따른 성질 변화 특성 일반 금나노 금 색 깔 누런 색금색 사라짐 촉 매 반응성 약함 뛰어남 녹는점 1000℃100℃ 전도도금속반도체 입자의 크기에 따라 달라지는 금의 색깔 나노 금 입자 CO + O 2 CO 2 일산화탄소 산소 이산화탄소 ( 연탄가스 ) 금 나노 촉매의 연탄가스 제거반응 나노 금 입자 H 2 O + CO CO 2 + H 2 물 일산화탄소 이산화탄소 수소 금 나노 촉매의 수소생성반응 100 nm 75 nm 10-75 nm 10 nm

15 나노 응용 분야 - 나노칩 수퍼컴퓨터 - 두루마리형 FPD - 초고효율 태양전지 - 정수 / 담수 장치 에너지 / 환경 국방 - 초소형 무기 - 무인 원격 무기 전자 재료 NT 의료 / 건강 우주항공 - 마이크로 우주선 - 초고내열코팅 - 고강도 / 초경량 소재 - 자가 진단 건축재 - 초고감도 생체센서 - 약물 전달 시스템

16 나노 재료 탄소나노튜브(Carbon Nanotube: CNT) 직경 : 수십 나노미터 강도 : 동일한 굵기의 강철에 비해 최대 100배 이상 무게 : 1/10의 무게 전기전도도 : 구리 1000배 자동차, 나노급 트랜지스터 및 메모리 등에 이용

17 탄소나노튜브는 어디 까지? 몽블랑 케이블카 우주 엘리베이터 초경량 초고강도 소재

18 나노 의학 암세포만 골라 죽이는 로봇 항암제가 들어간 나노입자 항체 암세포

19 자연에도 나노 기술이! 연꽃잎 연꽃잎 표면에 수십 나노미 터의 나노돌기 모습 연꽃잎 위의 물방울 초소수성 특성

20 연꽃잎 표면의 응용

21 개코도마뱀의 비밀 접착력의 비밀은 도마뱀 발의 엄청난 수의 나노털 스파이더맨 ?

22 공작의 화려한 변신 500-700 ㎚의 소 시지 모양의 나 노막대로 구성된 멜라닌 막대. 빛 의 산란과 막대 의 배열 에 따라 만들어진다. 응용 분야: 화장품( 립스틱, 분, Eye Shadow, Contact 렌즈 등) 색소 아닌 첨단 나노구조

23 2. 초전도 세계 전기저항이란 ? 초전도 (Superconductivity) 란 ? - 전기의 흐름을 방해하는 성질 - 따라서 전기의 흐름을 얻기 위해서 전압을 걸어 주어야 한다. 전기저항이 제로가 되는 상태

24 전기저항의 두 얼굴 긍정적 측면 ( 전기저항을 활용 ) - 백열전구, 전열기 등 부정적 측면 - 송전에서 발열에 의한 전력손실 - 발전기에서의 발전용 코일의 열 손상 - 자석, 컴퓨터 등

25 초전도의 특성 제로 저항 효과 (Zero Resistance) Temperature Tc 마이스너 효과 (Meissner Effect)

26 초전도 전선

27 자기부상열차

28 자기공명영상 MRI(Magnetic Resonnance Images)

29 슈퍼컴퓨터

30 새로운 핵융합에너지

31 자력식 수력추진 잠수함

32 과학자의 길 미지의 세계를 탐구하는 기쁨 세계 속에서 자신을 확인할 기회 국가와 사회에 기여

33 국제학술회의 자문위원 및 학술활동

34 국제 공동연구자와 함께

35 수상 및 언론보도 한국물리학회 학술논문상 (1996) 세계인명사전 마르퀴스 후즈후 등재 (2008) 미국 국립 NREL 연구소 Lab Talk 지 게재 (1992)

36 취미활동

37 목포대학교

38 若 汝 不 狂 終 不 及 之 미치지 않으면 미치지 못한다

39 노력하면서 흘리는 땀의 성분은 더워서 흘리는 땀의 성분과 다르다 !

40 지금 잠을 자면 꿈을 꾸지만 지금 공부하면 꿈을 이룬다 !

41 Dreams a Dream! Nothing happens unless first a dream!!!

42 감사합니다!감사합니다! 한국과총 일일 특강