그래핀에 대해 들어본 적이 있는가? 우리에게 친숙한 물건인 흑연은 탄소가 벌집과 같은 육각형 형태로 배열된 평면들이 층층이 쌓여 있는 구조인데, 이 흑연의 한 층을 그래핀이라 한다.

많은 과학자가 흑연에서 그래핀을 분리하는 것을 시도해 왔지만, 처음으로 그래핀을 분리해낸 영국의 어느 연구팀이 이용한 도구는 바로 스카치테이프이다. 직사각형 모양의 스카치테이프의 끝부분에 흑연을 붙인 후, 반대쪽 끝부분과 맞닿게 테이프를 접었다가 떼는 것을 반복한다. 이렇게 해서 한 층이 될 때까지 얇아진 흑연을 떼어내면 그래핀이 된다.

또한 호주의 연구팀이 개발한 새로운 구조의 재료에 영감을 준 것은 지그재그 모양의 니쉬 빌딩이다. 지그재그 구조는 재료 전체에 결함을 만들어 빛이 구조의 중심부를 진행하지 못하게 막는다. 대신 빛은 재료의 가장자리로 흐르게 되므로 빛을 완벽하게 구부릴 수 있는 구조를 만들어 낸 것이다.

우리나라도 일상에서 자주 보던 물건으로 신소재를 만들어낸 연구가 있는데, 바로 쓰레기에 불과했던 담배꽁초이다. 이 기술은 담배 필터를 호기 조건에서 암모니아 가스를 넣어 태우는 것인데, 6시간 정도 태워진 가루는 전기를 저장할 수 있는 특성을 가졌다. 이 소재를 리튬이온전지에 사용하면 전기저장 능력이 매우 높은 차세대 배터리를 개발할 수 있다. 이 연구는 버려지는 담배꽁초를 이용해 환경적, 경제적으로도 매우 이롭다.

사례에서 보듯 신소재는 간단한 방법으로 개발되기도, 흔한 사물에서 영감을 받아 개발되기도, 쓰레기로부터 개발되기도 한다. ‘신소재’라는 단어에서 사람들은 낯설고 신기한 느낌을 받지만, 이것은 우리가 사용하는 많은 생활용품에 적용돼 있다.

최근 몇 십 년 동안 세상에 일어난 변화를 보면 우리가 공상과학영화에서 보던 모습들이 머지않은 미래가 될 것이다. 순수한 금속에 조금의 탄소를 첨가하여 더 단단한 합금을 만들 듯, 우리가 흔히 사용하는 소재의 작은 변화로도 놀라운 성질을 가진 신소재를 만들 수 있다. 우리가 조금 더 소재 개발을 관심 있게 지켜본다면, 우리의 환상이 눈앞에 펼쳐질 날이 더 가까워질 것이다.

정병윤/메카대·신소재공 16

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