나노 폭탄으로 전기 만든다.

 

나노 폭탄으로 전기 만든다.

한·미 과학자들이 나노 폭탄에서 전기를 생산하는 기술을 개발했다. 나노 폭탄이 일종의 나노 건전지로도 변신 가능한 것이다. 나노 폭탄은 탄소 나노 튜브(carbon nano tube)를 동체로 사용한다. 나노 폭탄은 너무 작아서 성냥이나 불로 점화할 수 없어 레이저를 사용해 점화한다. 나노 폭탄에서 전자가 방출돼 이를 모으면 전기가 만들어진다.

나노 폭탄이 생성한 전기는 기존의 리튬 이온 전지보다 많은 전기를 생산하는 것으로 확인됐다. 나노 폭탄이 만든 전기는 휴대폰 캠코더 같은 휴대용 전자 제품의 전원에도 사용할 수 있지만 우선은 군사용이나 재해 발생시 비상용 전원 장치에 먼저 적용될 것으로 보인다.

■ 탄소 나노 튜브로 나노 폭탄 만들어

한국인 최원준 한재희 송창식 미국 MIT 연구원과 마이클 스트라노(Strano) MIT 화공학과 교수, 성균관대 기계 공학과 홍승현 연구원 등으로 구성된 연구진은 탄소 나노 튜브에 폭탄의 일종인 TNA를 발라 나노 폭탄을 만들고 여기서 전기를 뽑는 데 성공했다고 2010.03.10일 밝혔다. TNA는 군사용으로 사용하는 폭발력이 강한 화약 물질이다.

탄소 나노 튜브는 탄소 원자로 이뤄진 빨대 모양의 기다란 관이다. 탄소 나노 튜브는 구리보다 전도성(電導性)에서 1000배나 좋다. 전도성은 전기를 전달하는 성질을 말한다. 탄소 나노 튜브는 철보다 100배 강해서 차세대 소재로 세계 연구진이 상용화를 위한 연구를 진행 중이다.

탄소 나노 튜브는 나노 폭탄의 뼈대를 이룬다. 연구진이 직경 12-20㎚(나노 미터), 길이 수 ㎛(마이크로 미터)의 탄소 나노 튜브 주위에 7㎚ 두께의 TNA를 발라서 나노 폭탄을 만들었다. 연구진은 기다란 형태의 나노 폭탄 한쪽 끝에 레이저를 쏘았다.

레이저는 나노 폭탄의 TNA를 달궈서 TNA가 터지도록 한다. 레이저를 맞은 나노 폭탄 한끝이 터지면서 폭발이 빠르게 옆으로 번진다. 마치 기름이 잔뜩 묻은 줄에 불을 붙이면 불꽃이 기름을 타고 빠르게 이동하는 모습과 흡사하다.

나노 폭탄의 한쪽 끝에서 시작된 TNA의 폭발이 진행하는 속도보다 폭발이 만든 열이 전달되는 속도가 만배나 빨랐다. 탄소 나노 튜브가 전기 전도도, 내구성 외에 열 전달이라는 새로운 장점을 지니고 있다는 사실이 이번 실험으로 확인됐다.

스트라노 교수는 "불꽃보다 만배나 빨리 열이 전달되는 이런 현상은 이론적으로 100년 전에 예견됐지만 실제로 구현한 것은 이번 실험이 처음이다"라고 말했다.

■ 나노 폭탄은 리튬 전지보다 100배 많은 전기 생산

나노 폭탄이 폭발할 때의 온도는 섭씨 약 2700도의 고온이었다. 폭발로 생긴 열이 나노 폭탄의 다른 끝에 도달하자 전자가 방출됐다. 탄소 나노 튜브에 갇혀 있던 전자가 엄청난 열을 받으면서 탄소 나노 튜브를 탈출해 외부로 나온 것이다. 탄소 나노 튜브를 탈출한 전자를 전극을 통해 구리선에 넣으면 바로 전기가 만들어진다.

연구진은 나노 폭탄이 생성한 전기가 같은 부피의 리튬 전지보다 100배나 많은 전기를 생산한다고 밝혔다. 더욱 놀라운 점은 나노 폭탄은 몸집을 줄일수록 더 많은 전기를 생산하는 경향을 보인다는 데 있다. 연구진은 나노 폭탄이 어떤 크기에서 가장 많은 전기를 생산하는지와 이에 대한 이론적 규명을 위한 추가 연구를 진행 중이다.

홍승현 연구원은 "이번에 개발한 나노 폭탄은 휴대용 전자 제품에도 사용할 수 있겠지만 생산 비용이 비싸서 군사용이나 지진 등 자연 재해 상황의 비상 전력원으로 먼저 쓰일 것 같다"고 말했다.

스트라노 교수는 "이번에 개발한 나노 폭탄은 매우 작은 크기여서 신체에 주입하는 의료용 기기나 대기 중의 오염 물질 측정에 적용 가능하다"며 "나노 폭탄을 대량으로 집적하면 가정용 전력 공급원으로도 사용 가능하다"고 말했다. 연구진은 해당 내용을 국제 학술지 네이처 머티리얼즈(Nature Materials) 2010.03.07일자에 발표했다. (조선일보 조호진 기자, 입력: 2010.03.11)