세계일보

검색

[사이언스프리즘] 재료과학의 현재와 미래

관련이슈 사이언스 프리즘 , 오피니언 최신

입력 : 2019-03-06 20:58:22 수정 : 2019-03-06 20:58:21

인쇄 메일 글씨 크기 선택 가장 작은 크기 글자 한 단계 작은 크기 글자 기본 크기 글자 한 단계 큰 크기 글자 가장 큰 크기 글자

에너지·나노·생체소재 등/연구 범위 갈수록 넓어져/차세대 가속기 수요 증가/국가 차원 적극 투자 필요 에너지를 생산하고 저장하는 새로운 에너지소재의 개발은 국가 에너지 정책에서 가장 중요한 사안이 되고 있다. 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 태양전지의 전기 생산 효율이 25% 이상으로 개발되면 태양전지의 경제성이 확보된다. 디스플레이 분야에서는 더 밝고 수명이 오래가는 꿈의 소재를 찾고 있다. 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 정보통신기술(ICT)에서는 고밀도 초소형 전자재료가 필요하다. 뿐만 아니라 대용량 데이터를 처리하는 전자재료는 열의 발생이 급격히 증가하므로 뛰어난 방열 기능도 필요하다. 사람과 비슷한 로봇을 만들려면 피부와 같은 촉감을 가진 연성재료 개발이 필수적이다. 또한 촉감을 재현하는 인공피부의 개발도 필요하다. 인공장기와 인공혈액 등 의료용 생체소재는 질병에서 벗어나기 위한 인류의 오랜 도전을 실현시킬 것이다. 인류에게 새로운 미래를 열어줄 첨단 소재 개발이 절실하다.

새로운 재료가 개발되면 새로운 분야를 파생시킨다. 극저온에서 전기저항이 완전히 사라지는 초전도체는 자기부상열차와 양자컴퓨터의 개발 가능성을 열어가고 있다. 에너지 절감과 안전이 중요한 현대적 개념의 항공기, 선박, 자동차에서 가볍고 단단한 구조재료의 개발은 무엇보다 중요하다. 아직 구조의 대부분이 철강과 합금강으로 구성돼 있지만 점차 가볍고 단단한 고분자나 탄소복합재가 도입되고 있다. 강철보다 단단하고 거미줄보다 질기며 플라스틱보다 가벼운 재료를 만들 수 있다면 인류의 역사가 바뀔 것이다.

원병묵 성균관대 교수 신소재공학
현대 사회에서 재료의 다양성과 함께 재료과학의 학문 범위가 갈수록 넓어지고 있다. 가장 주목받는 분야는 에너지소재, 나노소재, 생체소재, 연성소재 등이며 재료의 구조와 특성을 보다 정확하게 분석할 수 있는 첨단 분석기술이 현대적인 재료과학 영역에 속한다. 물리, 화학, 생물의 기초과학과 함께 화학공학, 기계공학, 전자공학, 의학 등 인접 분야와의 협력도 중요하다. 재료의 원천적인 구조와 특성에서 응용까지 포괄하는 재료과학 연구는 인접 분야까지 알아야 하는 어려움도 있지만 그만큼 현대 사회에 미치는 파급력이 크다.

재료과학은 물질의 구조와 특성에 관한 학문이다. 새로운 재료나 공정을 만든다는 의미에서 재료공학이나 신소재공학으로 불리기도 한다. 네이처 출판 그룹은 매주 최신 재료과학 연구를 소개하면서 ‘재료과학은 물질 특성을 이해하고 응용하는 종합 학문이며, 재료과학자는 재료의 구조, 특성, 공정, 성능의 연관성을 연구한다’고 정의한다. 재료과학은 인접 학문과의 연계가 중요한 첨단 학문으로서 인류 역사는 물론 현대 산업 발전과 밀접하게 관련돼 있다.

재료에 대한 지식은 인류의 발전과 번영을 견인해 왔다. 새로운 시대에 맞게 첨단 재료에 대한 이해는 AI, IoT, ICT, 생체기술과 같은 차세대 과학기술 혁명을 위한 필수 요소이다. 소재산업 강국인 독일이 제조산업과 4차 산업혁명에서 선두적인 위치를 고수할 수 있었던 것도 재료과학의 발전 덕분이다.

새로운 재료의 개발을 위해 더 나은 분석기술도 필요하다. 분석기술은 하루가 다르게 발전하고 있다. 3차원 단분자 구조를 분석할 수 있는 극저온 전자현미경 기술이 2017년 노벨화학상을 수상했다. 눈으로 볼 수 없는 작은 원자를 자세히 관찰하려면 고성능 현미경이 필요하다. 재료분석 역량은 국가 경쟁력을 상징한다. 포항에 4세대 방사광 가속기를 건설한 것도 같은 맥락이다. 새로운 첨단 재료 개발에 맞춰 차세대 가속기에 대한 수요가 증가하고 있으며, 국가적인 차원에서 적극적인 투자가 필요하다.

우리나라는 재료과학 분야에서 세계적인 연구 역량을 인정받고 있다. 그동안 우리나라가 반도체와 디스플레이 분야에서 세계적 강국이 된 것도 재료과학의 힘이 컸다. 재료과학의 기초가 잘 다져져 산업 발전을 견인한 결과이다. 재료과학의 발전은 국가의 지속 가능한 발전을 위해 반드시 필요하며 새로운 미래를 열어갈 국가의 희망이다.

원병묵 성균관대 교수 신소재공학

[ⓒ 세계일보 & Segye.com, 무단전재 및 재배포 금지]

오피니언

포토

리센느 메이 '반가운 손인사'
  • 리센느 메이 '반가운 손인사'
  • 아일릿 이로하 '매력적인 미소'
  • 아일릿 민주 '귀여운 토끼상'
  • 임수향 '시크한 매력'