2008년 6월 스웨덴과 일본의 연구팀은 보통의 종이 소재인 셀룰로오스와 물로 쇠보다 강한 박막(薄膜)을 개발했다고 발표했다. 양 끝을 잡아당길 때 철판을 잡아당기는 경우에 비해 변형이 잘 되지 않고, 찢어지는 경우도 없었다. 셀룰로오스는 식물이 물과 이산화탄소만으로 만들어내는 물질이다. 강하면서도 자연계에서 분해되는 새로운 소재를 소개한다.
석유에서 만드는 플라스틱은 비닐 봉지와 페트병 등 여러가지 용도로 이용된다. 이들 플라스틱은 형태와 탄력성을 조정할 수 있지만, 자연계에서 분해되지 않는다는 문제가 있다. 그래서 주목되는 것이, 식물이 물과 이산화탄소에서 만들어내는 '셀룰로오스'이다. 셀룰로오스는 강하고 긴 사슬모양의 분자이지만, 자연계에서 분해되는 소재이다.
생물이 만들어낸 셀룰로오스 분자를 늘어세우는 방법을 바꾸어 그 강도와 신축성을 조절한다. 예컨대 키가 큰 삼나무를 수십 년 동안이나 지탱하는 한편, 바람이 불때 버드나무는 유연하게 ㅎ느들리게 할 수 있다. 그리고 아세트산균의 일종이 만드는 셀룰로오스는 99배나 되는 부피의 수분을 함유할 수 있다. 이것은 나타 데 코코(nata de coco)라는 식품에 이용된다.
스웨덴 왕립공과대학의 라르스 베릴룬드(Lars Berglund) 교수팀은 셀룰로오스의 섬유와 물을 사용해 쇠보다 강한 '나노페이퍼'를 개발했다고 미국의 과학잡지 <Biomacromolecules> 2008년 6월 13일호에 발표했다. 실용화되면 보강 재료로 쓰이는 등 새로운 종이 사용 방법이 실현된다고 한다.
만드는 방법은 보통의 종이와 같다
"나노페이퍼는 보통의 종이와 같은 재료이며, 그리고 거의 같은 방법으로 만들어졌다." 공동 연구자인 일본 고베대학의 니시노 다카시 교수의 말이다.
종이는 이렇게 만들어진다. 먼저 나무를 물에 풀어 셀룰로오스의 섬유 다발을 꺼낸다. 섬유를 물 속에서 분산시킨 뒤 반듯한 발 같은 것에 흘려 넣은 뒤 물을 빼낸다. 그러면 마구 겹친 펄프가 남고, 건조시키면 1장의 종이가 된다.
종이를 찢어 단면을 빛에 비추면 미세한 섬유가 보푸라기처럼 보인다. 이 섬유가 종이의 원료이며 나무의 세포벽에서 얻어진 펄프이다. 굵기는 20~30㎛(마이크로미터 : 마이크로는 100만분의 1) 정도이며, 인간이 볼 수 있는 한계의 굵기이다.
니시노 교수는 "펄프에 비해 나노페이퍼의 섬유는 비교가 되지 않을 정도로 가늘다."고 말했다. 베릴룬드 교수 등은 이 펄프를 다시 1000분의 1 이하로 풀어 굵기 3~30nm(나노미터 : 나노는 10억분의 1)정도의 섬유 '나노피브릴(nanofibril)'로 만들었다. 이 나노피브릴로 종이를 만들면 나노페이퍼가 생긴다.
찢어질 계기를 주지 않는다.
베릴룬드 교수 등은 소재를 잡아당기는 힘에 대해 찢어지거나 늘어나지 않고 견딜 수 있는지의 '강도'를 측정했다. 나노페이퍼는 주조된 쇠보다 강한 힘에 견딘 뒤 툭 잘라졌다. 왜 섬유를 가늘게 했을 뿐인데 강해질까?
보통의 종이에 힘을 걸면 모여 있던 펄프끼리의 틈새에 힘이 집중되고 거기서부터 풀어지면서 찢어진다. 이때 펄프 자체는 끊어지지 않는다. 한편 나노페이퍼의 경우는 nm 단위로 나노피브릴이 모여있기 때문에, 틈새도 작아 커다란 힘이 일부에 집중하는 경우가 없다. 그 결과 나노피브릴 자체가 끊어질 때까지 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 것이다. 나노페이퍼는 '강도'에 특화한 소재이다. 한편 니시노교수는 단단한 셀룰로오스와 늘어나는 셀룰로오스 소재를 조합시켜 단단하면서도 점성이 강한 재료를 만들고 있다.
Article of Newton 2008.09
석유에서 만드는 플라스틱은 비닐 봉지와 페트병 등 여러가지 용도로 이용된다. 이들 플라스틱은 형태와 탄력성을 조정할 수 있지만, 자연계에서 분해되지 않는다는 문제가 있다. 그래서 주목되는 것이, 식물이 물과 이산화탄소에서 만들어내는 '셀룰로오스'이다. 셀룰로오스는 강하고 긴 사슬모양의 분자이지만, 자연계에서 분해되는 소재이다.
생물이 만들어낸 셀룰로오스 분자를 늘어세우는 방법을 바꾸어 그 강도와 신축성을 조절한다. 예컨대 키가 큰 삼나무를 수십 년 동안이나 지탱하는 한편, 바람이 불때 버드나무는 유연하게 ㅎ느들리게 할 수 있다. 그리고 아세트산균의 일종이 만드는 셀룰로오스는 99배나 되는 부피의 수분을 함유할 수 있다. 이것은 나타 데 코코(nata de coco)라는 식품에 이용된다.
스웨덴 왕립공과대학의 라르스 베릴룬드(Lars Berglund) 교수팀은 셀룰로오스의 섬유와 물을 사용해 쇠보다 강한 '나노페이퍼'를 개발했다고 미국의 과학잡지 <Biomacromolecules> 2008년 6월 13일호에 발표했다. 실용화되면 보강 재료로 쓰이는 등 새로운 종이 사용 방법이 실현된다고 한다.
만드는 방법은 보통의 종이와 같다
"나노페이퍼는 보통의 종이와 같은 재료이며, 그리고 거의 같은 방법으로 만들어졌다." 공동 연구자인 일본 고베대학의 니시노 다카시 교수의 말이다.
종이는 이렇게 만들어진다. 먼저 나무를 물에 풀어 셀룰로오스의 섬유 다발을 꺼낸다. 섬유를 물 속에서 분산시킨 뒤 반듯한 발 같은 것에 흘려 넣은 뒤 물을 빼낸다. 그러면 마구 겹친 펄프가 남고, 건조시키면 1장의 종이가 된다.
종이를 찢어 단면을 빛에 비추면 미세한 섬유가 보푸라기처럼 보인다. 이 섬유가 종이의 원료이며 나무의 세포벽에서 얻어진 펄프이다. 굵기는 20~30㎛(마이크로미터 : 마이크로는 100만분의 1) 정도이며, 인간이 볼 수 있는 한계의 굵기이다.
니시노 교수는 "펄프에 비해 나노페이퍼의 섬유는 비교가 되지 않을 정도로 가늘다."고 말했다. 베릴룬드 교수 등은 이 펄프를 다시 1000분의 1 이하로 풀어 굵기 3~30nm(나노미터 : 나노는 10억분의 1)정도의 섬유 '나노피브릴(nanofibril)'로 만들었다. 이 나노피브릴로 종이를 만들면 나노페이퍼가 생긴다.
찢어질 계기를 주지 않는다.
베릴룬드 교수 등은 소재를 잡아당기는 힘에 대해 찢어지거나 늘어나지 않고 견딜 수 있는지의 '강도'를 측정했다. 나노페이퍼는 주조된 쇠보다 강한 힘에 견딘 뒤 툭 잘라졌다. 왜 섬유를 가늘게 했을 뿐인데 강해질까?
보통의 종이에 힘을 걸면 모여 있던 펄프끼리의 틈새에 힘이 집중되고 거기서부터 풀어지면서 찢어진다. 이때 펄프 자체는 끊어지지 않는다. 한편 나노페이퍼의 경우는 nm 단위로 나노피브릴이 모여있기 때문에, 틈새도 작아 커다란 힘이 일부에 집중하는 경우가 없다. 그 결과 나노피브릴 자체가 끊어질 때까지 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 것이다. 나노페이퍼는 '강도'에 특화한 소재이다. 한편 니시노교수는 단단한 셀룰로오스와 늘어나는 셀룰로오스 소재를 조합시켜 단단하면서도 점성이 강한 재료를 만들고 있다.
Article of Newton 2008.09
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