Ultimate inNOvation, 디자인경영 | Oct, 2020
오늘을 살아가는 우리는 무한에 가까운 재료의 우주에서
극히 일부만을 바라보고 있을 뿐이다
디자인 유노의 5번째 책은 세계사를 바꾼 12가지 신소재였다. 소재에 관련된 내용인 만큼 각자 챕터를 나누어 공부하고 발표하는 시간을 가져보았다. 금, 도자기, 콜라겐, 철, 종이, 탄산칼슘, 비단, 고무, 자석, 알루미늄, 플라스틱, 실리콘, AI가 좌우하는 재료과학 경쟁의미래~ 결국 투명 망토는 실현 될 것인가? 다 마신 컵은 사라질 수 있을까? 우리의 상상이 실현 될 때까지 노력해 보련다. 항상 긍정적인 마인드로. 다만 책의 지은이가 사토 겐타로, 일본인 이어서 표현된 역사적 예시가 일본인의 관점으로 표현된 것이 많이 있었다. 소재를 통해 역사를 바라본 관점도 신선했으며 조금 더 쉽게 소재에 접근하고 관심을 가지는 계기가 되었던 것 같다. 작가의 다른 책 [세계사를 바꾼 10가지 약], [탄소 문명 원소의 왕자, 역사를 움직이다] 까지 궁금해 졌다. 2021에 디자인유노 다시 한번 도전해 보자!
[1] 인류사를 움직인 찬란한 빛 | 금 _ 정연주차장
인간을 유혹한 최초의 빛
세계사를 바꾼 신소재의 첫 타자는 금이다. 금 만큼 많은 사람이 갈망하고 욕망했던 물질도 없다.
[ 투탕카멘의 황금마스크] 투탕카멘( 재위 기원전 1361년 ~ 기원전 1352년)은 이집트 제18왕조의 파라오이다. 아크나톤의 아들로, 출생 시의 이름은 투탕카텐(아텐의 살아있는 이미지)이었다.
(출처|위키백과 우리 모두의 백과사전|https://ko.wikipedia.org/wiki/투탕카멘)
고도의 야금 기술을 발휘해야만 얻을 수 있는 철이나 구리와 달리, 금은 자연에서 순수한 금속 형태로 얻을 수 있다. 또 다른 물질과는 달리 광택이 나므로 고대인이 발견하기 가장 쉬운 금속이었다. 이런 이유로 금은 아마도 전 세계 많은 민족이 맨 처음 접한 금속이었을 것이다.
금은 항상 아름답게 빛나며, 어떤 조건에서 녹슬거나 변하지 않고 같은 상태를 유지한다. 이집트 신왕국시대의 파라오인 투탕카멘의 황금 마스크는 만들어진 지 3,000년도 더 지났지만, 마치 어제 만든 것처럼 눈부신 광채를 내뿜는다. 민중에게 왕의 힘을 보여주는 데 이보다 더 좋은 재료는 없었다. 금화는 한때 로마에서 거래에 사용되었을 지 모른다. 혹은 베르사유 궁전에서 왕의 몸을 장식하는 데 쓰였을 수도 있다. 이처럼 금은 인류의 역사와 낭만이 응축된 존재이기도 하다.
화폐의 탄생, 경제의 시장
‘가치’를 보이는 형태로 측정할 수 있게 해준 인류 역사의 대사건
비약적인 과학 발전의 문을 연 연금술
[ Joseph Wright of Derby (1734-1797) / 현자의 돌(philosopher's stone) / 뉴턴의 철학자의 돌 ]
https://www.artexpertswebsite.com/artist/wright/
비금속을 황금으로 만드는 능력 "현자의 돌"
피땀 흘리지 않고 황금을 얻으려는 시도는 고대부터 계속되었다.
철이나 납과 같은 비금속을 이용해 금을 만들어내는 "연금술"이 그것이다.
현존하는 기록만 보아도 그리스시대에 이미 금을 만들려는 시도가 있었으며 이슬람, 인도, 중국 등 문명이 존재했던 거의 모든 곳에서는 끊임없이 금을 만들어 내려고 했다.
서양의 연금술사들은 '현자의 돌(philosopher's stone)'이란 물질을 찾으려 했다. 오늘날의 화학 용어로 말하자면 '촉매' 찾기라 고나 할까. 그들은 현자의 돌이 비금속을 금으로 바꿀 뿐 아니라 인간에게 불로불사의 힘을 준다고 여겼다. 8세기 아랍의 대학자 자비르 이븐 하이얀, 16세기 스위스의 의학자 파라켈수스, 아이작 뉴턴등이 연금술에 몰두했다.
그 과정에서 초산, 황산, 인 등 각종 화학 물질이 발견되었고, 증류나 추출과 같은 화학 실험의 기본 기술이 연마되었다.
금의 새로운 용도
금은 가늘고 길게 늘일 수 있고 전도성이 뛰어나 반도체의 전극과 칩을 연결하는 배선으로 사용 ’도시광산’ 첨단기기 휴대폰 한대에 약 30mg의 금이 사용되어 있으며 ’ 이 금을 회수하는 기술에 이목이 쏠리고 있다고 한다
매혹적인 찬란한 금빛
금의 색이 은백색이나 청색이었다면 세계 역사와 경제는 어떻게 변했을까? 어쩌면 지금보다 훨씬 평화로웠겠지만 훨씬 따분한 세상이 아니었을까.
사람을 매혹하고 광기에 휩싸이게 하며, 포로로 만든 금속 “금” 인류 역사가 끝날 때까지 변하지 않는 보물이 아닐까.
[2] 만 년을 견딘 재료 | 도자기 _ 박송이주임
플라스틱이나 알루미늄 등
훌륭한 신소재가 등장한 오늘날에도
도자기는 여전히 활발하게 사용된다.
인류 문명을 이토록 오랜 기간
지탱한 재료는 손에 꼽힐 정도다.
최초의 도자기인 토기는 언제 처음으로 만들어 졌을까?
다양한 목적에 따른 토기의 사용
점토를 구웠을 때 강도와 내수성이 높아지는 이유는 무엇일까?
높은 열로 화학반응이 일어남으로써 원자끼리 새로운 결합 형성. 열을 가해 표면 원자들 끼리 결합함으로써 조직이 더욱더 치밀하고 단단해 짐. 하지만 이러한 도자기는 암석 덩어리의 단단함에는 미치지 못하며 이러한 무른 성질은 재료로서의 큰 약점 중 하나.
이러한 질그릇의 결점을 보완시켜주는
"유약"
점토 표면에 어떤 종류의 돌가루나 재 등을 바른 후 구우면 표면이 녹아서 유리질이 되고 점토의 자잘한 구멍을 막아 강도와 방수성이 좋아지며 윤기가 생기고 빛이 통과하여 아름다워진다.
도자기를 얼마나 하얗게 만들 수 있을까?
도자기의 역사는 얼마나 하얀 그릇을 만들어 내느냐 가 역사의 시작
도자기에서 파인 세라믹으로
도자기는 공예품/예술품으로 절정을 맞이하고 현재는 없어서는 안될 재료
오늘날에는 화학 합성기술로 불순물은 죽이고
순도 100%에 가까운 훨씬 훌륭한 도자기인 "파인 세라믹" 개발
로켓이나 대형 가속기, 치아, 다양한 부품 등 우리의 생활에 매우 깊게 침투
만 년 이상을 인류와 함께 걸어온 도자기지만
이 재료가 가진 능력은 아직도 무궁무진하다.
[3] 동물이 만든 최고의 걸작 | 콜라겐 _ 이유진선임
인간은 왜 여행을 할까?
최후의 빙하기, 식량과 온난한 새 땅을 찾아 정처 없는 여행
서식 범위를 넓히며 서로 교환 및 개량을 하여 점차 문명 발전
[ 초기 인류의 이동경로 ]
인류를 죽음에서 구한 털가죽
털가죽을 처음 입기 시작한 때는 구석기 시대로 추측, 수렵 생활을 하며 쉽게 구할 수 있는 방한복
가죽의 주성분인 ‘콜라겐’
삼중 나선 구조로 이루어진 단백질
콜라겐이라고 하면 일반적인 미용 관련된 제품을 떠올리지만, 우리 몸에 다량으로 있는 단백질의 한 종류 (단백질의 3분의1이 콜라겐) 세포와 세포의 간격을 메꿔 서로 붙게 하는 접착제 역할을 함.
[ 콜라겐 체내 분포 ]
프롤린이나 라이신이라는 아미노산에 여분의 하이드록시기 (산소와 수소로 구성된 원자 그룹)가 붙은 아미노산 여분의 하이드록시기는 옆 사슬의 수소와 ‘수소 결합’이란 힘으로 연결되어 더 단단히 묶인 사슬 세 가닥을 풀리지 않게 하는 자물쇠 역할.
[ 단백질의 주요 성분 = 콜라겐 = 아미노산 다수의 결합 ]
삼중 나선 형태로 꼬인 각각의 콜라겐 섬유들이 마치 다리를 연결하는 특수한 결합 발견. 다리수가 늘어나면 콜라겐은 전체적으로 튼튼해지지만 유연성을 잃게 됨 나이가 들면서 피부에 유연성이 사라지고 주름이 생기는 까닭, 하지만 다리 결합은 콜라겐 조직을 강하고 질기게 함. (털가죽이 견고하고 따뜻한 이유)
[ 나이에 따른 혈관 탄력도 ]
콜라겐으로 무기를 만들었다?
인간이 먹이 사슬 꼭대기로 올라선 까닭
콜라겐은 뼈를 이루는 성질에서도 주요 성분으로 포함/ 뼈는 돌멩이와 더불어 인류가 처음 사용한 강력한 무기. 갖풀(짐승의 가죽, 힘줄, 뼈 따위를 고아서 굳힌 끈끈한 것)을 접착제로 활용하여 탄성이 높은 뼈와 힘줄과 목재를 붙여 강력한 무기 개발.
[ 뼈의 구성 물질 ]
수명 연장의 꿈을 실현해줄 콜라겐
털가죽은 시간이 지나도 사람들이 동경하는 대상 이였음. 근대 이후 전세계에서 조직적으로 동물을 사냥 . 콜라겐은 사진 필름 제작에도 사용, 칼라 사진 필름은 플라스틱 필름 위에 각종 감광제를 콜라겐으로 분산 시켜 층층이 여러 번 발라 제작.
최근 야생 동물을 보호하기 위해 모피 착용 반대 운동, 모피를 대체할 수 있는 합성 피혁 (천에 합성수지를 바른) 개발. 21세기 이후 디지털 카메라 보급으로 인한 사진 필름 사용 빈도수 급감. 생체와 잘 맞는 콜라겐은 의료, 바이오 분야에서 폭넓게 활약. 외과 수술 시 콜라겐으로 만든 실로 상처를 꿰매면 실이 천천히 분해되어 몸에 흡수. 성형수술, 콘택트 렌즈, 치주병 치료 등에서도 사용.
01. 노화와 지방 감소로 꺼져있는 피부
02. 스프링 형태의 Cave m 실을 삽입하여 꺼진 부분 볼륨 생성
03. 스프링 모양의 Cave m 실 안쪽과 주위의 피부 재생
04. 실이 삽입된 부위에 콜라겐이 생성되어 실이 녹아 없어진 후에도 효과가 지속됨
인류의 행동 반경을 넓히고 인류의 능력을 확장해준 콜라겐에서 인류의 수명을 늘리는 콜라겐으로 발전.
[4] 문명을 이룩한 재료의 왕 | 철 _ 강서현인턴
금속의 왕이자 재료의 왕, 철
기원전 15세기 경 히타이트인들이 처음으로 철기를 사용한 이래 철은 인간 사회와 생활의 중심에 있었고 문명 발전에 공헌했다.
철기는 무기, 농기구 도구 등으로 활용되며 전쟁, 농경, 건축의 발전에 지대한 영향력을 끼쳤다.
“철은 국가다.”
Otto von Bismarc
[ 오토 에두아르트 레오폴트 폰 비스마르크쇤하우젠 후작 (Otto Eduard Leopold Furst von Bismarck-Schonhausen)|독일을 통일하여 독일 제국을 건설한 프로이센의 외교관이자 정치인이다 ]
[출처]위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%A4%ED%86%A0_%ED%8F%B0_%EB%B9%84%EC%8A%A4%EB%A7%88%EB%A5%B4%ED%81%AC
철의 장단점
철의 장점
- 지구 표면에 존재하는 원소들 중 네번 째로 많기 때문에 원재료를 구하기 쉽다.
- 보편적으로 존재하는 원소이기 때문에 제철 방법만 알면 모든 사람이 철기를 가질 수 있다.
- 다른 금속과 섞어서 합금을 만들면 더욱 뛰어난 재료가 된다.
- 쉽게 자석이 된다.
철의 단점
- 순수한 철은 은백색의 무른 금속이므로 다른 금속의 강도를 따라가지 못한다.
- 녹슬기 쉽기 때문에 빠르게 질이 떨어진다.
- 철의 녹는점이 섭씨1535도이기 때문에 제련하는데 높은 수준의 기술이 요구된다.
[ 오래된 거대 항성의 단면도 ]
강철의 탄생
철의 합금 중 가장 중요한 합금은 강철인데, 강철은 탄소를 0.02%~2% 포함하는 철을 말한다.
탄소로 인해서 철은 더욱 단단해 지고, 두드려 늘리는 단조 작업을 거치면 예리한 칼이 된다.
단순히 철과 목탄을 가열한다고 강철이 되는 것이 아니라 단순히 철과 목탄을 불에 넣는 것이 아니라 여러 가지 요소들을 함께 충족시켜야만 제대로 된 강철이 된다.
히타이트인은 강철제의 강력한 무기로 소아시아를 제패했다. 제철 기술은 히타이트인들의 강력한 힘의 원천이었다.
일본의 제철기술
스테인리스 스틸의 탄생
과거의 철강 소재는 부식이 쉬운 철재의 특성 때문에 주기적인 점검 보수가 필요했다. 영국의 포스 교는 바닷바람에 노출되어 있어 30명에 가까운 사람들이 이 다리를 점검하고 보수하는데 매달렸고 3년마다 새로 페인트 칠을 했다.
녹슬지 않는 철이라고 알려진 다마스쿠스 강철로 만들어진 ‘델리 쇠기둥’은 세워진 지 1500년이 지난 현재도 녹슬지 않고 있다. 하지만 이 다마스쿠스 강철의 제조법은 전해지지 않고 있다.
[ QtubIronPillar 델리의 철 기둥 | India-Qutb-Iron 표면에 새겨진 산스크리트어 비문 ]
출처 | 다마스커스강철[Damascus steel)
http://m.blog.daum.net/kmozzart/925
철을 녹슬지 않게 하기 위해 여러 가지 도금처리를 했지만 표면에 흠집이 나면 여전히 녹이 슬었다.
스테인리스 강은 화기 폭발에 견디는 금속을 연구하다가 발견되었다. 처음에는 가공성이 떨어지는 실패작이었지만, 녹이 슬지 않는다는 특성을 발견한 후에는 가공성을 개선한 스테인리스강이 탄생했다. 스테인리스 강은 강철 내에 함유된 크로뮴이 산화되어 피막을 형성하고 이를 통해 철의 부식을 막는다.
철의 현재와 미래
오늘날 용광로 한 기는 하루에 1만톤이 넘는 철을 생산하고, 전 세계 금속 생산량의 90%가 철이다. 오늘날의 제철소는 엄격히 온도를 관리해 강도나 연장성, 용접의 용이성 등 다양한 요구를 만족하는 철을 생산하며 철을 고부가 가치화 하고 있다. 우리는 아직도 철기 시대에 살고 있다고 할 수 있을 정도로 철은 오늘날에도 매우 중요한 지위를 차지하고 있다.
[5] 문화를 전파한 대중매체의 왕 | 종이 (셀룰로스) _ 임수연인턴
우선 종이는 셀룰로스라는 성분으로 구성된 제품의 대표적인 예 이다. 셀룰로스는 포도당 끼리의 수소 결합이란 결합 방식으로 얇지만 질기며, 친수성을 띄기에 물에 약하다는 특징을 가지고 있다. 그렇기에 자르고 오리고 붙이는 등 간단한 가공에 특화되어 접고 자르고 붙여서 다양한 형태를 만들 수 있다.
또한 종이의 주 성분인 셀룰로스는 식물에서 추출하기에 종이 이외에도 다양한 분야에서 활용된다.
종이를 발명한 사람 | 채륜
이러한 특징 외에 가장 종이의 진가는 기록을 하기에 편해지게 하였다는 점이다. 최초에 기록이 남겨진 종이는 중국의 채륜이 만들었지만 이후 퍼져나가며 인쇄술 등이 발견 될 수 있는 전초가 되었다는 점이다. 다른 기술들도 마찬가지 이겠지만 종이의 발견은 현대사회의 문화 전달 뿐만 아니라 디자이너라는 직업 등 많은 파생 효과를 가져왔다.
인쇄술의 전파와 구텐베르크
다소 아날로그적 감성이 남아 있는 종이 다양한 분야의 디지털화로 인해 종이 역시 대체 품들이 많이 생기고 있다.
그렇다면 디지털화 하고 있고 앞으로도 변화할 시대에 뒤떨어져 없어질 소재인가?
종이의 주원료인 셀룰로스를 나노 단위로 나눈 나노 셀룰로스라는 소재로 발전 시키고 있는데 이를 플라스틱 등과 결합하는 기술이 발전되어 강철의 5분1밖에 되지 않는 무게를 가지나 강도가5배나 되는 재료가 탄생하고 있다.
전기를 통과 시키는 종이 등을 만들어 이후에는 보다 저렴하고 가벼우며 응용 범위까지 넓은 재료가 될 것이라 예상하며, 항공기나 자동차 같은 탄소섬유를 사용하는 대신에 적용하여 사용하면 연료도 절약하여 이산화탄소 배출량이 줄며, 환경 문제도 해결할 수 있는 친환경적인 소재가 될 것이며, 우리 사회가 발전하는데 중요한 열쇠가 될 것이라 예상한다.
[6] 다채로운 얼굴을 가진 천 생 배우 | 탄산칼슘_ 대표신정아
탄산칼슘의 원료는 공기 중에 있는 이산화탄소
탄산칼슘은 석회암의 형태로 대량 산출된다.
[종유굴그림] 종유굴
[카르스트지형그림] 아키요시동굴 (야마구치)
[카르스트지형그림] 시코쿠 카르스트
CO2를 품은 돌 석회암
석회암은 염산과 반응하면 이산화탄소를 발생시키고, 유기적 석회암은 탄산칼슘으로 몸의 껍질을 만드는 생물들의 사체로부터 만들어진다. 한국의 경우에는 약 206억 톤(3000년 분)이 매장 되어 있어 시멘트를 만드는 데 많이 채광, 사용 된다.
[ 출처 | 고대 건축물을 조각한 석회암 작품 ]
http://m.blog.daum.net/paulsong/15862990
이산화탄소가 석회암이 된 사건
이산화 탄소가 석회암으로 굳어진 사건은 지구의 운명을 판가름 하는데 결정적 역할을 하였다.
이산화탄소는 온실 효과를 일으키는 가스로, 태양열을 대기 안에 가두어 지구 온도를 높인다. 지구가 갓 탄생했을 당시에는 무려 60기압에 달하는 짙은 이산화탄소가 지표를 덮고 있어서, 이러한 상태가 계속되면 바닷물이 바싹 말라버릴 만큼 지구는 고온이었다. 그러나 바닷물에 녹은 이산화탄소와 칼슘이 결합해 해저에 쌓이는 반응이 일어남으로써 대기 속 이산화탄소가 감소했고 기온이 점차 내려갔다. 우리가 쾌적한 온도에서 생활할 수 있게 됐다. 더 나아가 우리가 생명을 유지하는 것은 엄청난 양의 이산화탄소를 가두어준 탄산칼슘 덕분이다.
탄산칼슘은 자유롭게 형태를 바꾸는 천생 배우
분필, 치약, 지우개 같은 생필품부터 이스트, 햄과 소시지, 과자 같은 식품 그리고 시멘트와 대리석 같은 건축재까지 탄산칼슘은 다채로운 얼굴을 가진 배우 같은 재료다.
[ 탄산칼슘의 다양한 용도 ]
오랜 세월 변하거나 닳지 않는 석회암
석회 가루를 물과 안료로 착색한 다음 완전히 마르기 전 회반죽 위에 그림을 그리는 기법을 프레스코화라고 한다. 대표적 프레스코화로는 로마 바티칸 궁정 내 시스티나 예배당에 걸린 미켈란젤로의 "최후의 심판" 이 꼽힌다.
[ 라스코 동굴벽화 | 프랑스 남서쪽에 있는 동굴임. 1979년에 유네스코 세계유산에 등재. 기원전 17000-15000년경. 후기구석기 시대그림으로 유명 ]
생석회의 살균작용으로 작물을 병충해로부터 보호
석회석이나 조개 껍질을 빻은 후 열을 가하면 이산화탄소가 날아가서 생석회 (산화칼슘)가 된다. 이 생석회는 더욱 강한 알칼리성으로 살균작용을 한다.
식물이 얼마나 잘 자라느냐는 토양의 산성도에 크게 좌우된다. 산성도가 높으면 중요한 영양분인 인산을 흡수하기 어려운 탓에 식물이 제대로 성장하지 못한다. 산성토 양이 많은 국가에서 이는 큰 문제인데 석회를 뿌림으로써 산성을 중화한다. 게다가 석회에는 작물을 병충해로부터 보호해주는 효능이 있으므로 농업과 원예업에도 석회를 빠트릴 수 없다.
[ 달걀껍질 비료 ]
모든 길은 로마로 통한다
석회암 70-80% + (점토 + 규석 + 산화철 ) 20-30% 빻은 후 1,450도씨쯤 되는 고온에서 구우면 탄산칼슘에서 이산화탄소가 빠져 산화 칼슘 CaO (생석회)이 된다. 이 덩어리를 다시 한번 빻은 것이 시멘트다. 기원전 753년에 이탈리아 반도 중부에 세워진 고대 로마는 다양한 변천을 경험하면서 지중해 세계를 제패했고 눈부신 문화를 꽃을 피워냈다. 로마는 도로를 철저히 정비했다. 도로의 전체 길이는 약 15만 Km, 지구를 네 바퀴 도는 길이다. 도로의 상당 부분이 오늘날까지 남아 있을 뿐더러 심지어 현재 자동차 도로로 사용되는 곳도 있다고 한다. 시멘트라는 재료가 없었더라면 로마 제국의 영광도 없었을 것이다.
[ 콜로세움 (Colosseo) | 로대 로마 시대의 건축물 가운데 하나로 석회암, 응회암, 콘크리트 등으로 지어짐 ]
탄산칼슘이 만든 최고의 보석 진주
이산화탄소와 바닷물에 녹아 있는 칼슘이 반응해서 탄산칼슘을 만든다고 설명했다. 수많은 해양 생물도 이 화학반응을 이용하고 있다. 조개와 산호, 일부 플랑크톤 등은 이 반응으로 생성된 탄산칼슘으로 껍데기를 만들어 자신을 보호한다. 지천으로 널려있어 싼값에 구입해 다양한 생필품의 원료로 사용되지만, 누구나 손에 넣고 싶어하는 고귀한 물건도 있다. 특정한 종류의 조개에서 조개껍데기 성분을 분비하는 외투막이란 부분이 우연히 내부로 들어가 만들어진 구슬 모양의 탄산칼슘이 있는데 바로 "진주"다.
완벽한 원형을 이루며 빛을 반사해 아름답게 빛나는 진주를 사람들은 예부터 최고의 보석으로 여겼다. 야코야 조개는 진주를 만드는 대표적인 종으로 인도양과 서태평양에 서식한다. 진주 색상은 실버, 골드, 아이보리, 핑크, 그린, 블루 등의 다양한 색이 있다.
[ 양식진주 | 야코야 조개와 진주 ]
바닷속 열대우림의 위기
바닷물 온도의 상승, 천적인 가시 왕관 불가사리의 증식, 대기 속 이산화탄소의 증가, 해양의 산성화 등으로 전 세계의 산호초가 20% 파괴 산호초가 파괴되면 바다의 이산화탄소 흡수력이 약해져 지구온난화 속도 또한 빨라 지리라는 예측이 나오고 있다.
[ 대기속 이산화탄소의 증가 | 해양의산성화로 전세계 산호초 20프로 파괴 ]
[7] 제국을 자아낸 재료 | 비단 (피브로인)_ 대표신정아
세상을 바꾼 뽕나무
뽕나무 밭이 푸른 바다가 되었다는 뜻으로, 세상의 모든 일이 엄청나게 변해버린 것을 말한다.
뽕나무의 잎을 먹고 자란 누에가 창조한 비단 그리고 실크로드, 뽕나무는 단순한 나무가 아니었다.
[ 뽕나무 | 누에 | 비단 ]
집집마다 귀하게 모신 누에님
갓쇼즈쿠리 | 쇼와시대 (1926-1989)
- 초기 전체 밭 면적의 4분의 1 이 뽕나무 밭이었다. (일본 농가의 약 40%가 집에서 누에를 키움)
- 농가에서는 사람이 잠을 잘 공간을 줄여서 양잠을 위한 선반을 만듬.
- 양잠은 일본 민가의 구조에도 큰 영향을 끼쳤음.
- 유네스코 세계유산에 등재된 기후현 히다 마을의 갓쇼즈쿠리 구조. (양잠을 위한 선반목적에서 3.4층 짜리 건물로 고안)
1922년 제사업은 일본의 기간사업이 됨. (산업의 토대가 되는 산업)
- 일본 총 수출액의 48.9%를 생사가 차지 할 정도 였다.
- 그 원동력은 오직 한 종류의 곤충 유충이 토해내는 가느다란 실 이었다.
- 20세기로 접어들어 품종개량 되어 생사 생산량이 10배 가량 늘음.
[ 갓쇼즈쿠리 | 내부구조 _ 유네스코 세계 문화유산 등재 ]
알에서 부화해 고치를 만들기 까지 30일
- 농가에서는 온도와 습도를 관리하면서 누에를 대량으로 길렀음.
- 누에 유충의 성장 과정은 5령으로 나뉨.
- 누에 한 마리가 토해내는 실의 길이는 무려 최고 1,500m.
- 질이 좋은 고치만 뜨거운 물에 삶는다. 목적은 고치안에 든 번데기를 죽여 고치를 뚫고 나오지 못하게 하기 위해서, 다른 하나는 고치실을 단단하게 고정하는 교질을 녹여 실이 잘 풀리게 하기 위해서 임.
- 고치 표면을 빗자루처럼 생긴 기구로 가볍게 쓸어 내리면 생사가 됨.
- 생사를 잿물 등의 알카리성 물질과 함께 삶으면 명주실이 됨.
- 일본에서 가장 오래된 역사 책인 니혼쇼키에도 중요한 작물과 함께 누에가 등장, 누에를 신성시 했다는 사실을 알 수 있음.
[ 누에와 누에꼬치 ]
정교함의 끝판왕, 피브로인
비단의 주성분은 피브로인이라는 이름의 단백질이다.
- 단백질은 우리 몸에서 상당히 중요한 역할을 하는 화합물 덩어리, 아미노산이 한 줄로 길게 연결된 형태인데, 이 같은 사실은 비단을 연구하면서 밝혀 졌음.
- 명주실은 매우 튼튼하고 오래감, 그러나 이는 매우 불가사의한 성질, 단백질은 부패하기 쉬운 물질이기 때문임, 하지만 비단은 고깃 덩어리와 달리 분해되지 않으며, 수천 년이나 되는 세월에도 견딘다. 비단은 천연 방부제를 가진 셈이다.
[ 피브로인 단백질 구조 ]
인류 최초의 동서양 교역로, 실크로드
초원길 / 사막길 / 바닷길
- 로마로 건너간 비단은 큰 인기를 끌었다.
- 같은 무게의 금과 똑같은 값에 거래될 만큼 비단 값이 급등한 탓에 초대 황제 아우구스투스가 비단 착용 금지령을 내렸을 정도.
- 총균쇠의 저자 재러드다이아몬드는 사람과 물자 간의 활발한 동서 교류가 수많은 발명과 문명의 발전을 촉진했고, 그 결과 유럽 문명이 세계를 제패하게 되었다고 말했다.
[ 실크로드 ]
스파이더 실크, 방탄복에 쓰인다
강철보다 강한 특성
- 누에 나방에 거미 유전자를 이식해 명주실 대신 거미줄을 만들게 하는 연구가 추진 중이다. 이 섬유가 바로 스파이더 실크이다. - 상당히 질기고 가벼울 뿐 아니라 알레르기 등도 일으키지 않으므로 , 군사에서 재생 의료에 이르기까지 폭넓은 분야에 응용할 수 있으리란 기대를 한 몸에 받고 있음. - 중국 칭화대 연구팀은 탄소 나노 튜브나 그패핀을 물에 풀어 뽕잎에 뿌린 다음 누에에게 먹이는 실험을 통해 명주실은 강도가 매우 높았고, 고온으로 처리할 경우 전기가 통했다고 한다.
[누에 나방에 거미 유전자를 이식]
[출처] 그래핀 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80
[출처] 탄소나노튜브 https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%84%EC%86%8C_%EB%82%98%EB%85%B8%ED%8A%9C%EB%B8%8C
[8] 세계를 축소한 물질 | 고무 (폴리아이소프렌)_ 인턴이유리
고무가 가진 힘
운동 종목 중에서도 구기종목 인기가 가장 많다.
‘스포츠 선수 수입 상위 100명 중 구기 종목 선수는 90명’
고무의 탄생
구기 종목이 탄생한 시대
구기의 기원을 보면 19세기 후반에 만들어진 종목이 많다. Ex) 축구,골프 야구 등
WHY?
공업화가 이루어지면서 중산 계급이 증가했기 때문이기도 하지만, 질 좋은 고무가 보급 된 덕분이다. 고무의 등장 전에는 동물의 방광을 부풀려 차고 놀았다. 공에 고무를 사용하면서 공의 형태와 내구성이 균일해지고 대량 생산이 가능해 졌다.
고무를 만드는 식물
[ 출처|한국광물자원공사 공식블로그 ]
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kores_love&logNo=220393102370&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
고무가 늘어난 까닭
천연고무란?
미세한 고무 입자가 섞인 희고 걸쭉한 상태의 수액 (라텍스)을 공기중에서 굳힌 것이다.
라텍스를 만드는 식물?
민들레, 사포딜라(껌의 기원), 고무나무
고무나무는 라텍스가 많이 나오며 탄력성 또한 좋다.
상처를 낸 후 수액을 모아 말리면 고무가 된다 .
"월등한 신축성"
독특한 고무의 분자구조
탄소와 수소로 이루어져 있으며 ‘아이소프렌’ 이라는 분자가 길게 일직선으로 연결된’ 폴리아이소프렌’ 이라고 알려져 있다. 긴 사슬처럼 결합되어 잡아당기면 꼬불꼬불한 구조가 펴지고 손을 떼면 다시 돌아간다. 마치 나노크기의 용수철과 같다.
고무, 바다를 건너다
고무를 유럽에 전하다.
콜럼버스가 아메리카 대륙을 발견하고 제2차 원정(1493년 ~ 1496년)을 할 때 아이티섬에 상륙, 당시 그 섬의 주민들이 어떤 종류의 수액에서 만든 탄력성이 큰 고무공을 경기에 사용하고 있는 것을 본 때부터 시작되었다. 하지만, 고무를 유럽에 가져와도 실용적 용도를 찾지 못했다. (당시 고무는 겨울에 단단해지고 여름에 녹아 찐득거렸기 때문)
가황법의 발견
[ 영국 매킨토시 우비 ]
물과 공기가 통하지 않는 특성을 활용, 새로운 용도의 개발 시작하다
1823년, 고무를 코팅한 우비가 탄생했다. (이로써 고무의 보급이 시작되었지만 여름에 끈적이고 불쾌한 냄새는 여전했다)
미국 발명가 찰스 굿이어는 이러한 단점을 보완하기 위해 고무에 여러 가루를 섞기 시작했고 마침내 유황을 섞어 가열하면 내열성이 생기는 것을 발견했다.
분자를 잇는 다리
화학반응 "가교"
[ 트랜스형 이소프렌(중합체)(좌), 시스형 이소프렌(중합체)(중), 이소프렌(단랑체)(우). [ 출처 : 화학산책 | 네이버 지식백과 ] ]
천연고무 | 열을 가하면 분자가 격렬하게 움직여 녹아버린다.
유항과 가열 | 고무의 긴 사슬 이중결합 구조에 반응하여 다리를 놓듯 서로를 연결하여 견고해지며 내열성이 생긴다.
새로운 시대
“ 자연계 생물에서 원리를 터득한 것이 아닌 인간의 완전한 독창적 작품”
첫 시작- 아들의 세발 자전거를 더 빠르게 달리기 위해 나무로 된 원판 둘레에 공기를 넣은 고무튜브를 고정하여 타이어를 만들었다.
[9] 혁신을 가속한 재료 | 자석_ 서해성선임
자석의 대중성
전세계에 1억2200만톤 가량의 희토류가 매장되어 있으며, 희토류의 30프로는 자석의 원료로 사용된다. 그만큼 자석은 수량이 풍부하며, 인공적으로도 싸게 만들 수 있어 먼 옛날부터 지금까지 다양한 곳에 쓰이는 소재로 각광 받고 있다.
[ (출처-중앙일보|미 지질조사국) 세계 희토류 매장량과 생산량 | (출처-Statista.)글로벌 희토류 사용분야 ]
자석의 성질
자석이 자성을 띌 수 있는 이유는 전자가 스스로 돌기 때문이다. 마치 지구가 자전하는 것처럼 전자도 자전하는 것인데 전자의 스핀 방향이 한쪽으로 통일되면 강한 자성을 띄는 자석의 성질을 갖게 된다.
지구의 자성
지구가 자기를 띠는 까닭은 지구의 내핵에서 녹은 철 등이 자전의 영향을 받으며 열 대류함으로써 전류를 발생 시키기 때문이라고 추측된다. 한편, 지구 자기가 생명체들을 지킨다는 주장도 있는데 지구 자기가 태양풍의 플라즈마 입자들의 진로에 영향을 주어 입자들을 튕겨내고, 튕겨나간 입자는 북극이나 남극에서 대기 분자와 충돌해 빛을 낸다. 이것이 오로라의 정체다.
물질의 자성
보통의 물질들 속에는 전자의 스핀에 상향과 하향의 수량이 같아서 서로의 힘들 상쇄 시켜, 대개의 물질에는 자기력이 없다. 그러나 철 원자는 특수한 전자구조이므로 스핀의 성질이 상쇄되지 않고 남는다. 그렇다고 해도 보통의 철 덩어리는 자석으로 기능하지 않는다. 철 원자의 방향이 제각각이어서 서로간에 자력을 상쇄해버리기 때문이다. 평범한 철에 자석을 대면 철 원자가 한 방향으로 정렬되어 자력을 띄게 된다.
자석의 반발력
모터는 영구 자석에 코일을 끼워 넣는 구조로 되어 있다. 코일에 전기를 흘려 보내면 전자석이 되어, 양쪽에 있는 영구 자석과의 사이에서 흡인력과 반발력이 생기므로 이 힘으로 계속 회전한다. 발전은 이와 반대여서 외부의 힘으로 코일을 회전시켜 유도 전류를 발생 시킨다.
원리를 알게 되면 점차 새로운 아이디어가 추가되므로 이 아이디어들이 합쳐져서 또다시 새로운 발명품이 탄생한다. 자동차 한 대만 보아도 엔진은 물론 이거니와 와이퍼, 자동 개폐 창, 사이드 미러, 잠금장치, 압축기, 냉각기 등 온갖 부분에 모터가 사용되며, 각 부분에 적합한 자석이 들어 있다. 현대 문명은 자석 문명이라고 말해도 전혀 과장이 아니다.
페라이트 자석
1930년에 화학자인 가토 요고로와 전기 화학자인 다케이 다케시가 자유롭게 성형 할 수 있는 페라이트 자석을 발명했다. 페라이트 자석은 산화철을 주원료로 구워 단단하게 만든 자석으로 값이 매우 저렴하다. 이러한 까닭에 모터나 복사기, 스피커, 카세트테이프 등 다양한 기계에 널리 이용되었다. 냉장고 문이나 화이트보드에 붙이는 검은 자석 또한 페라이트 자석으로 우리가 일상생활 속에서 가장 흔히 접하는 자석이다.
네오디뮴 자석
현재 세계 최강의 자리에 군림하는 자석은 사가와 마사토가 1982년에 개발한 네오디뮴 자석이다. 이 자석은 매우 강력해서 손가락이 끼어 뼈가 완전히 으스러진 사람도 있다. 작은데도 흡입력이 굉장해서 하드디스크와 휴대전화의 소형화에 크게 기여하였으며, 하이브리드차와 같은 고도 첨단 기술 제품에 필수적인 자석으로, 원료가 되는 희소금속인 네오디뮴과 디스프로슘은 국제 정치 및 경제의 초점이 되었다.
자석의 현재와 미래
페라이트 자석은 1930년에, 네오디뮴 자석은 1982년에 개발되어진 것을 볼 때 근래에 급속도로 이루어진 자석의 혁신속도로 인해 수많은 분야에서 혁신을 일으키는 실마리를 제공했으며, 이로써 우리의 삶도 크게 변화했고 앞으로도 혁신의 중심에는 자석이 존재할 것이다.
[ 10월 14일에 발표한 아이폰12에 적용된 자석 ]
[10] 가벼운 금속의 기적 | 알루미늄 _ 박건희실장
알루미늄의 발견
1802년 영국의 화학자 험프리 데이비가 명반에서 새로운 금속산화물로 보이는 물질을 발견 명반 이라는 뜻의 라틴어 ‘alum’ 에서 따와 ‘aluminum’(알루미엄) 이라고 이름 붙였다.
그러나 알루미늄이 처음 금속 형태로 추출된 때는 1825년, 대량생산 체제가 확립되어 널리 사용하기 시작한 때는 20세기 이후 알루미늄과 산소의 결합이 지나치게 강력하여 제련에 어려움을 겪음 한스 크리스티안 외르스테드(덴마크) 등 다양한 제련에 도전이 있었지만 1886년 미국 오하이오주의 오버린대학의 찰스 마튼 홀 이라는 대학생에 의해 발견 됨 미국의 찰스 마틴 홀 과 프랑스의 폴 에루 가 거의 똑같은 방법을 같은 해에 발견하여 ‘홀-에루 공정‘ 이라 명명 되었다.
[11] 자유롭게 변화하는 만능재료 | 플라스틱_ 노성현선임
플라스틱의 종류
플라스틱의 역사 | 최초의 플라스틱 셀룰로이드
최초의 플라스틱은 1863년 코끼리의 상아로 만드는 당구공이 코끼리의 상아 수급에 어려움을 겪으며 이를 해결하기 위해 한 당구회사에서 상아 대체 물질의 개발에 1만 달러의 보상금을 제안하여 존웨슬리라는 발명가가 면직물과 질산을 활용 셀룰로이드를 발명 , 그러나 초기에는 서로 부딪혔을 때 큰 소리를 내며 폭발하여 상용화 되지 못함
플라스틱의 역사 | 근현대사와 함께하는 플라스틱
최초의 플라스틱은 1863년 코끼리의 상아로 만드는 당구공이 코끼리의 상아 수급에 어려움을 겪으며 이를 해결하기 위해 한 당구회사에서 상아 대체 물질의 개발에 1만 달러의 보상금을 제안하여 존웨슬리라는 발명가가 면직물과 질산을 활용 셀룰로이드를 발명 , 그러나 초기에는 서로 부딪혔을 때 큰 소리를 내며 폭발하여 상용화 되지 못함
플라스틱의 장점
1. 금속이나 도자기에 비해 가볍고 강한 제품의 생산이 가능
2. 약품에 대한 내구성이 강하며, 녹슬거나 부패하지 않음
3. 투명성이 있고, 착색이 자유로워 밝고 아름다운 제품 생산 가능
4. 가공성이 좋고, 복잡한 형상에 대한 대량생산 가능
5. 전기절연성이 우수해 가전제품 등 전기제품의 부품으로 사용
6. 플라스틱 발포제는 단열재로의 고성능 및 단열성이 우수함
7. 청결하여 미생물의 오염으로부터 식품을 보호
플라스틱의 단점
1. 열에 약해 형태의 변형 가능성이 높음
2. 금속에 비해 내구성이 약하고 먼지가 묻기 쉬움
플라스틱의 문제점
2050년 바다에 물고기와 플라스틱의 비율이 50 대 50이 될 것이라고 예측하였다.
친환경 플라스틱
바이오플라스틱
기존 플라스틱과 바이오매스나 생분해성 플라스틱 소재를 결합해 물성을 개선한 것으로 볏짚, 밀짚, 옥수수 껍질 등 식물체와 전분 등을 기존 플라스틱, 생분해성 플라스틱과 혼합해 제조하는 ‘탄소 저감형 바이오플라스틱’등이 복합 형태의 바이오플라스틱으로 구분
생분해성플라스틱
미생물이 존재하는 퇴비화 매립조건에서 폴리에틸렌 복합소재 필름이 생분해가 진행되어 폴리에틸렌의 분자량 감소와 미세구조 분해현상이 이루어지는 플라스틱
플라스틱의 미래_제로플라스틱
최근, 플라스틱으로 인한 환경문제가 심각해짐에 따라 다양한 기업 또한 기존의 제품에 대해 적용되어지는 플라스틱 소재의 적용을 지양하는 추세 포장재의 재사용 또는 재활용이 가능한 종이소재를 적용하며 제품 자체의 고효율화에 대한 노력을 기울이고 있는 중
[12] 무기물 세계의 선두 주자 | 실리콘_김기용책임
현대사회를 대표하는 재료 ‘실리콘’
스마트폰/슈퍼컴퓨터/AI스피커 등 일상에서 볼 수 있는 다양한 제품들이 컴퓨터의 발전을 통해 이루어졌다. 컴퓨터의 발전에 기여한 가장 큰 소재가 바로 실리콘(규소)이다.
컴퓨터 = 계산기
27톤의 최초 전자식 컴퓨터 ‘에니악’ 1945년 인류 역사에서 전자 계산기가 처음으로 탄생하였고, 이는 시기에서 추측할 수 있듯이 포탄의 탄도 계산 등 제 2차 세계 대전에서 활용하는 목적으로 개발.
컴퓨터가 특수한 용도에서 일상 생활에 영향을 주기 위한 재료
14번째 원소 ‘SI 규소(Silicon)’
유사하면서 정반대의 성질을 띄는 탄소(C)와 규소(SI)
[ 돌과 바위 / 유리(산소2 : 규소1) / 도자기의 기본 골격 ]
흔한 원소임에도 규소는 존재량이 극히 적은 원소보다 한참 늦은 1823년에야 스웨덴 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스에 의해 순수하게 분리됨. 규소와 산소의 상생이 지나치게 좋은 나머지, 강력하게 결합해 있다.
금속과 비금속 사이 반도체
‘전기를 통과시키는 물질과 통과시키지 않는 물질의 사이’ 즉 불순물과 빛을 쏘이는 방법(도핑)에 따라 전기를 통과시키는 정도를 조절 가능한 물질
P형 반도체와 N형 반도체
규소보다 적은 전자를 가진 불순물과의 결합 = 마이너스 전하를 띤 전자가 부족한 상태 즉 플러스 상태로 Positive형 반도체
규소보다 많은 전자를 가진 불순물과의 결합=플러스 전하를 띤 전자가 부족한 상태, 즉 마이너스 상태로 negative형 반도체
저마늄 결정을 이용한 트랜지스터
세계 2차 대전 직후 미국 통신회사 AT&T가 멀리 떨어진 곳과.통화할 때 음성신호가 약해져 문제를 해결하기 위해 필요로 한 증폭장치 트랜지스터 1947년 벨연구소 존바딘/월터 브래튼/윌리엄 쇼클리가 저마늄을 통해 다루기 어려운 접촉식 개발. 추후 쇼클리가 물리적으로 안정한 접합형 트랜지스터 개발.
[ 수명이 진공관트랜지스터에 비해 길고 비용이 낮으며 작게 개발 가능한 트랜지스터의 등장으로 현재의 반도체 산업 포문 염 ]
실리콘밸리의 기적 | 과수원에 둘러싸인 조용한 시골학교 스탠포드대학
열에 약한 저마늄 트랜지스터의 작동 오류로 인해 ‘규소’등장
녹는점이 1,410℃로 영에는 강해도 정제하거나 결정을 만들기엔 어려움이 있음
반도체는 극히 적은 양의 원소를 도핑 하기만 해도 성질이 크게 변함
(현대의 반도체 산업에서 규소의 순도는 99.999999999%, 즉 불순물이 1000억 분의 1의 수준)
1950년대에 이 장벽을 돌파하는데 어려움이 있었음
프레데릭 터만 교수는 타지역으로 취업하는 학생이 늘면서 캘리포니아에 학생들이 창업하여
캘리포니아 내에 있는 업체로 학생을 취업시키는 시스템을 만듬.
터만의 제자인 윌리엄 휴렛과 데이비드 팩커드가 학교 근처에 전자기기 제조업체 설립
휴렛팩커드(hp) 실리콘밸리의 시작
1959년 실리콘밸리에 페어차일드반도체의 로버트 노이스 팀이 실리콘 직접회로 개발
1971년 인텔이 최초의 CPU 발표
규소(실리콘)으로 시작한 인공지능
[ 알파고와 이세돌 ]
탄생한지 겨우 60여년 만에 ‘규소로 만든 뇌’는 ‘탄소로 만든 뇌’를 추월함
AI가 좌우하는 ‘재료과학’ 경재의 미래 | ‘싱귤래리티’
‘싱귤래리티’ 시점에 다다른 재료의 세계’ (인공지능이 인간의 지능을 넘어서는 시점을 말하며, 인공지능의 미래를 상징)
1억 4000만 개의 물질 중 ‘직접 도움이 되는 것은 극소수’ 우리가 사용하는 재료는 인류가 오랜 시간을 투자해 무에서 창조해온 슈퍼 물질 앞으로도 새로운 재료가 출현하여 시대를 크게 바꿀것. 메타물질(Meta-Material) 초월물질 굴절율이 0의 수준 / 뒤에 반사된 물질이 표면을 돌아 보는 사람에 도달하는 ‘투명망토’
AI가 재료를 창조한다
앞으로 단일 재료의 발견은 더 이상 없을 것이다
여러 재료의 조합으로 새로운 진가를 발휘하는 재료가 탄생할 것 강철보다 강한 종이 / 깨져도 원래 상태로 돌아오는 도자기 / 접을 수 있는 유리 / 다 마시면 사라지는 컵
빅데이터 기반으로 적합한 재료 선정과 조합 및 균형을 맞추는데 인공지능은 큰 기여를 발휘할 것
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Ultimate inNOvation, 디자인경영 | Oct, 2020
오늘을 살아가는 우리는 무한에 가까운 재료의 우주에서
극히 일부만을 바라보고 있을 뿐이다
디자인 유노의 5번째 책은 세계사를 바꾼 12가지 신소재였다. 소재에 관련된 내용인 만큼 각자 챕터를 나누어 공부하고 발표하는 시간을 가져보았다. 금, 도자기, 콜라겐, 철, 종이, 탄산칼슘, 비단, 고무, 자석, 알루미늄, 플라스틱, 실리콘, AI가 좌우하는 재료과학 경쟁의미래~ 결국 투명 망토는 실현 될 것인가? 다 마신 컵은 사라질 수 있을까? 우리의 상상이 실현 될 때까지 노력해 보련다. 항상 긍정적인 마인드로. 다만 책의 지은이가 사토 겐타로, 일본인 이어서 표현된 역사적 예시가 일본인의 관점으로 표현된 것이 많이 있었다. 소재를 통해 역사를 바라본 관점도 신선했으며 조금 더 쉽게 소재에 접근하고 관심을 가지는 계기가 되었던 것 같다. 작가의 다른 책 [세계사를 바꾼 10가지 약], [탄소 문명 원소의 왕자, 역사를 움직이다] 까지 궁금해 졌다. 2021에 디자인유노 다시 한번 도전해 보자!
[1] 인류사를 움직인 찬란한 빛 | 금 _ 정연주차장
인간을 유혹한 최초의 빛
세계사를 바꾼 신소재의 첫 타자는 금이다. 금 만큼 많은 사람이 갈망하고 욕망했던 물질도 없다.
[ 투탕카멘의 황금마스크] 투탕카멘( 재위 기원전 1361년 ~ 기원전 1352년)은 이집트 제18왕조의 파라오이다. 아크나톤의 아들로, 출생 시의 이름은 투탕카텐(아텐의 살아있는 이미지)이었다.
(출처|위키백과 우리 모두의 백과사전|https://ko.wikipedia.org/wiki/투탕카멘)
고도의 야금 기술을 발휘해야만 얻을 수 있는 철이나 구리와 달리, 금은 자연에서 순수한 금속 형태로 얻을 수 있다. 또 다른 물질과는 달리 광택이 나므로 고대인이 발견하기 가장 쉬운 금속이었다. 이런 이유로 금은 아마도 전 세계 많은 민족이 맨 처음 접한 금속이었을 것이다.
금은 항상 아름답게 빛나며, 어떤 조건에서 녹슬거나 변하지 않고 같은 상태를 유지한다. 이집트 신왕국시대의 파라오인 투탕카멘의 황금 마스크는 만들어진 지 3,000년도 더 지났지만, 마치 어제 만든 것처럼 눈부신 광채를 내뿜는다. 민중에게 왕의 힘을 보여주는 데 이보다 더 좋은 재료는 없었다. 금화는 한때 로마에서 거래에 사용되었을 지 모른다. 혹은 베르사유 궁전에서 왕의 몸을 장식하는 데 쓰였을 수도 있다. 이처럼 금은 인류의 역사와 낭만이 응축된 존재이기도 하다.
화폐의 탄생, 경제의 시장
‘가치’를 보이는 형태로 측정할 수 있게 해준 인류 역사의 대사건
비약적인 과학 발전의 문을 연 연금술
[ Joseph Wright of Derby (1734-1797) / 현자의 돌(philosopher's stone) / 뉴턴의 철학자의 돌 ]
https://www.artexpertswebsite.com/artist/wright/
비금속을 황금으로 만드는 능력 "현자의 돌"
피땀 흘리지 않고 황금을 얻으려는 시도는 고대부터 계속되었다.
철이나 납과 같은 비금속을 이용해 금을 만들어내는 "연금술"이 그것이다.
현존하는 기록만 보아도 그리스시대에 이미 금을 만들려는 시도가 있었으며 이슬람, 인도, 중국 등 문명이 존재했던 거의 모든 곳에서는 끊임없이 금을 만들어 내려고 했다.
서양의 연금술사들은 '현자의 돌(philosopher's stone)'이란 물질을 찾으려 했다. 오늘날의 화학 용어로 말하자면 '촉매' 찾기라 고나 할까. 그들은 현자의 돌이 비금속을 금으로 바꿀 뿐 아니라 인간에게 불로불사의 힘을 준다고 여겼다. 8세기 아랍의 대학자 자비르 이븐 하이얀, 16세기 스위스의 의학자 파라켈수스, 아이작 뉴턴등이 연금술에 몰두했다.
그 과정에서 초산, 황산, 인 등 각종 화학 물질이 발견되었고, 증류나 추출과 같은 화학 실험의 기본 기술이 연마되었다.
금의 새로운 용도
금은 가늘고 길게 늘일 수 있고 전도성이 뛰어나 반도체의 전극과 칩을 연결하는 배선으로 사용 ’도시광산’ 첨단기기 휴대폰 한대에 약 30mg의 금이 사용되어 있으며 ’ 이 금을 회수하는 기술에 이목이 쏠리고 있다고 한다
매혹적인 찬란한 금빛
금의 색이 은백색이나 청색이었다면 세계 역사와 경제는 어떻게 변했을까? 어쩌면 지금보다 훨씬 평화로웠겠지만 훨씬 따분한 세상이 아니었을까.
사람을 매혹하고 광기에 휩싸이게 하며, 포로로 만든 금속 “금” 인류 역사가 끝날 때까지 변하지 않는 보물이 아닐까.
[2] 만 년을 견딘 재료 | 도자기 _ 박송이주임
플라스틱이나 알루미늄 등
훌륭한 신소재가 등장한 오늘날에도
도자기는 여전히 활발하게 사용된다.
인류 문명을 이토록 오랜 기간
지탱한 재료는 손에 꼽힐 정도다.
최초의 도자기인 토기는 언제 처음으로 만들어 졌을까?
다양한 목적에 따른 토기의 사용
점토를 구웠을 때 강도와 내수성이 높아지는 이유는 무엇일까?
높은 열로 화학반응이 일어남으로써 원자끼리 새로운 결합 형성. 열을 가해 표면 원자들 끼리 결합함으로써 조직이 더욱더 치밀하고 단단해 짐. 하지만 이러한 도자기는 암석 덩어리의 단단함에는 미치지 못하며 이러한 무른 성질은 재료로서의 큰 약점 중 하나.
이러한 질그릇의 결점을 보완시켜주는
"유약"
점토 표면에 어떤 종류의 돌가루나 재 등을 바른 후 구우면 표면이 녹아서 유리질이 되고 점토의 자잘한 구멍을 막아 강도와 방수성이 좋아지며 윤기가 생기고 빛이 통과하여 아름다워진다.
도자기를 얼마나 하얗게 만들 수 있을까?
도자기의 역사는 얼마나 하얀 그릇을 만들어 내느냐 가 역사의 시작
도자기에서 파인 세라믹으로
도자기는 공예품/예술품으로 절정을 맞이하고 현재는 없어서는 안될 재료
오늘날에는 화학 합성기술로 불순물은 죽이고
순도 100%에 가까운 훨씬 훌륭한 도자기인 "파인 세라믹" 개발
로켓이나 대형 가속기, 치아, 다양한 부품 등 우리의 생활에 매우 깊게 침투
만 년 이상을 인류와 함께 걸어온 도자기지만
이 재료가 가진 능력은 아직도 무궁무진하다.
[3] 동물이 만든 최고의 걸작 | 콜라겐 _ 이유진선임
인간은 왜 여행을 할까?
최후의 빙하기, 식량과 온난한 새 땅을 찾아 정처 없는 여행
서식 범위를 넓히며 서로 교환 및 개량을 하여 점차 문명 발전
[ 초기 인류의 이동경로 ]
인류를 죽음에서 구한 털가죽
털가죽을 처음 입기 시작한 때는 구석기 시대로 추측, 수렵 생활을 하며 쉽게 구할 수 있는 방한복
가죽의 주성분인 ‘콜라겐’
삼중 나선 구조로 이루어진 단백질
콜라겐이라고 하면 일반적인 미용 관련된 제품을 떠올리지만, 우리 몸에 다량으로 있는 단백질의 한 종류 (단백질의 3분의1이 콜라겐) 세포와 세포의 간격을 메꿔 서로 붙게 하는 접착제 역할을 함.
[ 콜라겐 체내 분포 ]
프롤린이나 라이신이라는 아미노산에 여분의 하이드록시기 (산소와 수소로 구성된 원자 그룹)가 붙은 아미노산 여분의 하이드록시기는 옆 사슬의 수소와 ‘수소 결합’이란 힘으로 연결되어 더 단단히 묶인 사슬 세 가닥을 풀리지 않게 하는 자물쇠 역할.
[ 단백질의 주요 성분 = 콜라겐 = 아미노산 다수의 결합 ]
삼중 나선 형태로 꼬인 각각의 콜라겐 섬유들이 마치 다리를 연결하는 특수한 결합 발견. 다리수가 늘어나면 콜라겐은 전체적으로 튼튼해지지만 유연성을 잃게 됨 나이가 들면서 피부에 유연성이 사라지고 주름이 생기는 까닭, 하지만 다리 결합은 콜라겐 조직을 강하고 질기게 함. (털가죽이 견고하고 따뜻한 이유)
[ 나이에 따른 혈관 탄력도 ]
콜라겐으로 무기를 만들었다?
인간이 먹이 사슬 꼭대기로 올라선 까닭
콜라겐은 뼈를 이루는 성질에서도 주요 성분으로 포함/ 뼈는 돌멩이와 더불어 인류가 처음 사용한 강력한 무기. 갖풀(짐승의 가죽, 힘줄, 뼈 따위를 고아서 굳힌 끈끈한 것)을 접착제로 활용하여 탄성이 높은 뼈와 힘줄과 목재를 붙여 강력한 무기 개발.
[ 뼈의 구성 물질 ]
수명 연장의 꿈을 실현해줄 콜라겐
털가죽은 시간이 지나도 사람들이 동경하는 대상 이였음. 근대 이후 전세계에서 조직적으로 동물을 사냥 . 콜라겐은 사진 필름 제작에도 사용, 칼라 사진 필름은 플라스틱 필름 위에 각종 감광제를 콜라겐으로 분산 시켜 층층이 여러 번 발라 제작.
최근 야생 동물을 보호하기 위해 모피 착용 반대 운동, 모피를 대체할 수 있는 합성 피혁 (천에 합성수지를 바른) 개발. 21세기 이후 디지털 카메라 보급으로 인한 사진 필름 사용 빈도수 급감. 생체와 잘 맞는 콜라겐은 의료, 바이오 분야에서 폭넓게 활약. 외과 수술 시 콜라겐으로 만든 실로 상처를 꿰매면 실이 천천히 분해되어 몸에 흡수. 성형수술, 콘택트 렌즈, 치주병 치료 등에서도 사용.
01. 노화와 지방 감소로 꺼져있는 피부
02. 스프링 형태의 Cave m 실을 삽입하여 꺼진 부분 볼륨 생성
03. 스프링 모양의 Cave m 실 안쪽과 주위의 피부 재생
04. 실이 삽입된 부위에 콜라겐이 생성되어 실이 녹아 없어진 후에도 효과가 지속됨
인류의 행동 반경을 넓히고 인류의 능력을 확장해준 콜라겐에서 인류의 수명을 늘리는 콜라겐으로 발전.
[4] 문명을 이룩한 재료의 왕 | 철 _ 강서현인턴
금속의 왕이자 재료의 왕, 철
기원전 15세기 경 히타이트인들이 처음으로 철기를 사용한 이래 철은 인간 사회와 생활의 중심에 있었고 문명 발전에 공헌했다.
철기는 무기, 농기구 도구 등으로 활용되며 전쟁, 농경, 건축의 발전에 지대한 영향력을 끼쳤다.
“철은 국가다.”
Otto von Bismarc
[ 오토 에두아르트 레오폴트 폰 비스마르크쇤하우젠 후작 (Otto Eduard Leopold Furst von Bismarck-Schonhausen)|독일을 통일하여 독일 제국을 건설한 프로이센의 외교관이자 정치인이다 ]
[출처]위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%A4%ED%86%A0_%ED%8F%B0_%EB%B9%84%EC%8A%A4%EB%A7%88%EB%A5%B4%ED%81%AC
철의 장단점
철의 장점
- 지구 표면에 존재하는 원소들 중 네번 째로 많기 때문에 원재료를 구하기 쉽다.
- 보편적으로 존재하는 원소이기 때문에 제철 방법만 알면 모든 사람이 철기를 가질 수 있다.
- 다른 금속과 섞어서 합금을 만들면 더욱 뛰어난 재료가 된다.
- 쉽게 자석이 된다.
철의 단점
- 순수한 철은 은백색의 무른 금속이므로 다른 금속의 강도를 따라가지 못한다.
- 녹슬기 쉽기 때문에 빠르게 질이 떨어진다.
- 철의 녹는점이 섭씨1535도이기 때문에 제련하는데 높은 수준의 기술이 요구된다.
[ 오래된 거대 항성의 단면도 ]
강철의 탄생
철의 합금 중 가장 중요한 합금은 강철인데, 강철은 탄소를 0.02%~2% 포함하는 철을 말한다.
탄소로 인해서 철은 더욱 단단해 지고, 두드려 늘리는 단조 작업을 거치면 예리한 칼이 된다.
단순히 철과 목탄을 가열한다고 강철이 되는 것이 아니라 단순히 철과 목탄을 불에 넣는 것이 아니라 여러 가지 요소들을 함께 충족시켜야만 제대로 된 강철이 된다.
히타이트인은 강철제의 강력한 무기로 소아시아를 제패했다. 제철 기술은 히타이트인들의 강력한 힘의 원천이었다.
스테인리스 스틸의 탄생
과거의 철강 소재는 부식이 쉬운 철재의 특성 때문에 주기적인 점검 보수가 필요했다. 영국의 포스 교는 바닷바람에 노출되어 있어 30명에 가까운 사람들이 이 다리를 점검하고 보수하는데 매달렸고 3년마다 새로 페인트 칠을 했다.
녹슬지 않는 철이라고 알려진 다마스쿠스 강철로 만들어진 ‘델리 쇠기둥’은 세워진 지 1500년이 지난 현재도 녹슬지 않고 있다. 하지만 이 다마스쿠스 강철의 제조법은 전해지지 않고 있다.
[ QtubIronPillar 델리의 철 기둥 | India-Qutb-Iron 표면에 새겨진 산스크리트어 비문 ]
출처 | 다마스커스강철[Damascus steel)
http://m.blog.daum.net/kmozzart/925
철을 녹슬지 않게 하기 위해 여러 가지 도금처리를 했지만 표면에 흠집이 나면 여전히 녹이 슬었다.
스테인리스 강은 화기 폭발에 견디는 금속을 연구하다가 발견되었다. 처음에는 가공성이 떨어지는 실패작이었지만, 녹이 슬지 않는다는 특성을 발견한 후에는 가공성을 개선한 스테인리스강이 탄생했다. 스테인리스 강은 강철 내에 함유된 크로뮴이 산화되어 피막을 형성하고 이를 통해 철의 부식을 막는다.
철의 현재와 미래
오늘날 용광로 한 기는 하루에 1만톤이 넘는 철을 생산하고, 전 세계 금속 생산량의 90%가 철이다. 오늘날의 제철소는 엄격히 온도를 관리해 강도나 연장성, 용접의 용이성 등 다양한 요구를 만족하는 철을 생산하며 철을 고부가 가치화 하고 있다. 우리는 아직도 철기 시대에 살고 있다고 할 수 있을 정도로 철은 오늘날에도 매우 중요한 지위를 차지하고 있다.
[5] 문화를 전파한 대중매체의 왕 | 종이 (셀룰로스) _ 임수연인턴
우선 종이는 셀룰로스라는 성분으로 구성된 제품의 대표적인 예 이다. 셀룰로스는 포도당 끼리의 수소 결합이란 결합 방식으로 얇지만 질기며, 친수성을 띄기에 물에 약하다는 특징을 가지고 있다. 그렇기에 자르고 오리고 붙이는 등 간단한 가공에 특화되어 접고 자르고 붙여서 다양한 형태를 만들 수 있다.
또한 종이의 주 성분인 셀룰로스는 식물에서 추출하기에 종이 이외에도 다양한 분야에서 활용된다.
종이를 발명한 사람 | 채륜
이러한 특징 외에 가장 종이의 진가는 기록을 하기에 편해지게 하였다는 점이다. 최초에 기록이 남겨진 종이는 중국의 채륜이 만들었지만 이후 퍼져나가며 인쇄술 등이 발견 될 수 있는 전초가 되었다는 점이다. 다른 기술들도 마찬가지 이겠지만 종이의 발견은 현대사회의 문화 전달 뿐만 아니라 디자이너라는 직업 등 많은 파생 효과를 가져왔다.
인쇄술의 전파와 구텐베르크
다소 아날로그적 감성이 남아 있는 종이 다양한 분야의 디지털화로 인해 종이 역시 대체 품들이 많이 생기고 있다.
그렇다면 디지털화 하고 있고 앞으로도 변화할 시대에 뒤떨어져 없어질 소재인가?
종이의 주원료인 셀룰로스를 나노 단위로 나눈 나노 셀룰로스라는 소재로 발전 시키고 있는데 이를 플라스틱 등과 결합하는 기술이 발전되어 강철의 5분1밖에 되지 않는 무게를 가지나 강도가5배나 되는 재료가 탄생하고 있다.
전기를 통과 시키는 종이 등을 만들어 이후에는 보다 저렴하고 가벼우며 응용 범위까지 넓은 재료가 될 것이라 예상하며, 항공기나 자동차 같은 탄소섬유를 사용하는 대신에 적용하여 사용하면 연료도 절약하여 이산화탄소 배출량이 줄며, 환경 문제도 해결할 수 있는 친환경적인 소재가 될 것이며, 우리 사회가 발전하는데 중요한 열쇠가 될 것이라 예상한다.
[6] 다채로운 얼굴을 가진 천 생 배우 | 탄산칼슘_ 대표신정아
탄산칼슘의 원료는 공기 중에 있는 이산화탄소
탄산칼슘은 석회암의 형태로 대량 산출된다.
[종유굴그림] 종유굴
[카르스트지형그림] 아키요시동굴 (야마구치)
[카르스트지형그림] 시코쿠 카르스트
CO2를 품은 돌 석회암
석회암은 염산과 반응하면 이산화탄소를 발생시키고, 유기적 석회암은 탄산칼슘으로 몸의 껍질을 만드는 생물들의 사체로부터 만들어진다. 한국의 경우에는 약 206억 톤(3000년 분)이 매장 되어 있어 시멘트를 만드는 데 많이 채광, 사용 된다.
[ 출처 | 고대 건축물을 조각한 석회암 작품 ]
http://m.blog.daum.net/paulsong/15862990
이산화탄소가 석회암이 된 사건
이산화 탄소가 석회암으로 굳어진 사건은 지구의 운명을 판가름 하는데 결정적 역할을 하였다.
이산화탄소는 온실 효과를 일으키는 가스로, 태양열을 대기 안에 가두어 지구 온도를 높인다. 지구가 갓 탄생했을 당시에는 무려 60기압에 달하는 짙은 이산화탄소가 지표를 덮고 있어서, 이러한 상태가 계속되면 바닷물이 바싹 말라버릴 만큼 지구는 고온이었다. 그러나 바닷물에 녹은 이산화탄소와 칼슘이 결합해 해저에 쌓이는 반응이 일어남으로써 대기 속 이산화탄소가 감소했고 기온이 점차 내려갔다. 우리가 쾌적한 온도에서 생활할 수 있게 됐다. 더 나아가 우리가 생명을 유지하는 것은 엄청난 양의 이산화탄소를 가두어준 탄산칼슘 덕분이다.
탄산칼슘은 자유롭게 형태를 바꾸는 천생 배우
분필, 치약, 지우개 같은 생필품부터 이스트, 햄과 소시지, 과자 같은 식품 그리고 시멘트와 대리석 같은 건축재까지 탄산칼슘은 다채로운 얼굴을 가진 배우 같은 재료다.
[ 탄산칼슘의 다양한 용도 ]
오랜 세월 변하거나 닳지 않는 석회암
석회 가루를 물과 안료로 착색한 다음 완전히 마르기 전 회반죽 위에 그림을 그리는 기법을 프레스코화라고 한다. 대표적 프레스코화로는 로마 바티칸 궁정 내 시스티나 예배당에 걸린 미켈란젤로의 "최후의 심판" 이 꼽힌다.
[ 라스코 동굴벽화 | 프랑스 남서쪽에 있는 동굴임. 1979년에 유네스코 세계유산에 등재. 기원전 17000-15000년경. 후기구석기 시대그림으로 유명 ]
생석회의 살균작용으로 작물을 병충해로부터 보호
석회석이나 조개 껍질을 빻은 후 열을 가하면 이산화탄소가 날아가서 생석회 (산화칼슘)가 된다. 이 생석회는 더욱 강한 알칼리성으로 살균작용을 한다.
식물이 얼마나 잘 자라느냐는 토양의 산성도에 크게 좌우된다. 산성도가 높으면 중요한 영양분인 인산을 흡수하기 어려운 탓에 식물이 제대로 성장하지 못한다. 산성토 양이 많은 국가에서 이는 큰 문제인데 석회를 뿌림으로써 산성을 중화한다. 게다가 석회에는 작물을 병충해로부터 보호해주는 효능이 있으므로 농업과 원예업에도 석회를 빠트릴 수 없다.
[ 달걀껍질 비료 ]
모든 길은 로마로 통한다
석회암 70-80% + (점토 + 규석 + 산화철 ) 20-30% 빻은 후 1,450도씨쯤 되는 고온에서 구우면 탄산칼슘에서 이산화탄소가 빠져 산화 칼슘 CaO (생석회)이 된다. 이 덩어리를 다시 한번 빻은 것이 시멘트다. 기원전 753년에 이탈리아 반도 중부에 세워진 고대 로마는 다양한 변천을 경험하면서 지중해 세계를 제패했고 눈부신 문화를 꽃을 피워냈다. 로마는 도로를 철저히 정비했다. 도로의 전체 길이는 약 15만 Km, 지구를 네 바퀴 도는 길이다. 도로의 상당 부분이 오늘날까지 남아 있을 뿐더러 심지어 현재 자동차 도로로 사용되는 곳도 있다고 한다. 시멘트라는 재료가 없었더라면 로마 제국의 영광도 없었을 것이다.
[ 콜로세움 (Colosseo) | 로대 로마 시대의 건축물 가운데 하나로 석회암, 응회암, 콘크리트 등으로 지어짐 ]
탄산칼슘이 만든 최고의 보석 진주
이산화탄소와 바닷물에 녹아 있는 칼슘이 반응해서 탄산칼슘을 만든다고 설명했다. 수많은 해양 생물도 이 화학반응을 이용하고 있다. 조개와 산호, 일부 플랑크톤 등은 이 반응으로 생성된 탄산칼슘으로 껍데기를 만들어 자신을 보호한다. 지천으로 널려있어 싼값에 구입해 다양한 생필품의 원료로 사용되지만, 누구나 손에 넣고 싶어하는 고귀한 물건도 있다. 특정한 종류의 조개에서 조개껍데기 성분을 분비하는 외투막이란 부분이 우연히 내부로 들어가 만들어진 구슬 모양의 탄산칼슘이 있는데 바로 "진주"다.
완벽한 원형을 이루며 빛을 반사해 아름답게 빛나는 진주를 사람들은 예부터 최고의 보석으로 여겼다. 야코야 조개는 진주를 만드는 대표적인 종으로 인도양과 서태평양에 서식한다. 진주 색상은 실버, 골드, 아이보리, 핑크, 그린, 블루 등의 다양한 색이 있다.
[ 양식진주 | 야코야 조개와 진주 ]
바닷속 열대우림의 위기
바닷물 온도의 상승, 천적인 가시 왕관 불가사리의 증식, 대기 속 이산화탄소의 증가, 해양의 산성화 등으로 전 세계의 산호초가 20% 파괴 산호초가 파괴되면 바다의 이산화탄소 흡수력이 약해져 지구온난화 속도 또한 빨라 지리라는 예측이 나오고 있다.
[ 대기속 이산화탄소의 증가 | 해양의산성화로 전세계 산호초 20프로 파괴 ]
[7] 제국을 자아낸 재료 | 비단 (피브로인)_ 대표신정아
세상을 바꾼 뽕나무
뽕나무 밭이 푸른 바다가 되었다는 뜻으로, 세상의 모든 일이 엄청나게 변해버린 것을 말한다.
뽕나무의 잎을 먹고 자란 누에가 창조한 비단 그리고 실크로드, 뽕나무는 단순한 나무가 아니었다.
[ 뽕나무 | 누에 | 비단 ]
집집마다 귀하게 모신 누에님
갓쇼즈쿠리 | 쇼와시대 (1926-1989)
- 초기 전체 밭 면적의 4분의 1 이 뽕나무 밭이었다. (일본 농가의 약 40%가 집에서 누에를 키움)
- 농가에서는 사람이 잠을 잘 공간을 줄여서 양잠을 위한 선반을 만듬.
- 양잠은 일본 민가의 구조에도 큰 영향을 끼쳤음.
- 유네스코 세계유산에 등재된 기후현 히다 마을의 갓쇼즈쿠리 구조. (양잠을 위한 선반목적에서 3.4층 짜리 건물로 고안)
1922년 제사업은 일본의 기간사업이 됨. (산업의 토대가 되는 산업)
- 일본 총 수출액의 48.9%를 생사가 차지 할 정도 였다.
- 그 원동력은 오직 한 종류의 곤충 유충이 토해내는 가느다란 실 이었다.
- 20세기로 접어들어 품종개량 되어 생사 생산량이 10배 가량 늘음.
[ 갓쇼즈쿠리 | 내부구조 _ 유네스코 세계 문화유산 등재 ]
알에서 부화해 고치를 만들기 까지 30일
- 농가에서는 온도와 습도를 관리하면서 누에를 대량으로 길렀음.
- 누에 유충의 성장 과정은 5령으로 나뉨.
- 누에 한 마리가 토해내는 실의 길이는 무려 최고 1,500m.
- 질이 좋은 고치만 뜨거운 물에 삶는다. 목적은 고치안에 든 번데기를 죽여 고치를 뚫고 나오지 못하게 하기 위해서, 다른 하나는 고치실을 단단하게 고정하는 교질을 녹여 실이 잘 풀리게 하기 위해서 임.
- 고치 표면을 빗자루처럼 생긴 기구로 가볍게 쓸어 내리면 생사가 됨.
- 생사를 잿물 등의 알카리성 물질과 함께 삶으면 명주실이 됨.
- 일본에서 가장 오래된 역사 책인 니혼쇼키에도 중요한 작물과 함께 누에가 등장, 누에를 신성시 했다는 사실을 알 수 있음.
[ 누에와 누에꼬치 ]
정교함의 끝판왕, 피브로인
비단의 주성분은 피브로인이라는 이름의 단백질이다.
- 단백질은 우리 몸에서 상당히 중요한 역할을 하는 화합물 덩어리, 아미노산이 한 줄로 길게 연결된 형태인데, 이 같은 사실은 비단을 연구하면서 밝혀 졌음.
- 명주실은 매우 튼튼하고 오래감, 그러나 이는 매우 불가사의한 성질, 단백질은 부패하기 쉬운 물질이기 때문임, 하지만 비단은 고깃 덩어리와 달리 분해되지 않으며, 수천 년이나 되는 세월에도 견딘다. 비단은 천연 방부제를 가진 셈이다.
[ 피브로인 단백질 구조 ]
인류 최초의 동서양 교역로, 실크로드
초원길 / 사막길 / 바닷길
- 로마로 건너간 비단은 큰 인기를 끌었다.
- 같은 무게의 금과 똑같은 값에 거래될 만큼 비단 값이 급등한 탓에 초대 황제 아우구스투스가 비단 착용 금지령을 내렸을 정도.
- 총균쇠의 저자 재러드다이아몬드는 사람과 물자 간의 활발한 동서 교류가 수많은 발명과 문명의 발전을 촉진했고, 그 결과 유럽 문명이 세계를 제패하게 되었다고 말했다.
[ 실크로드 ]
스파이더 실크, 방탄복에 쓰인다
강철보다 강한 특성
- 누에 나방에 거미 유전자를 이식해 명주실 대신 거미줄을 만들게 하는 연구가 추진 중이다. 이 섬유가 바로 스파이더 실크이다. - 상당히 질기고 가벼울 뿐 아니라 알레르기 등도 일으키지 않으므로 , 군사에서 재생 의료에 이르기까지 폭넓은 분야에 응용할 수 있으리란 기대를 한 몸에 받고 있음. - 중국 칭화대 연구팀은 탄소 나노 튜브나 그패핀을 물에 풀어 뽕잎에 뿌린 다음 누에에게 먹이는 실험을 통해 명주실은 강도가 매우 높았고, 고온으로 처리할 경우 전기가 통했다고 한다.
[누에 나방에 거미 유전자를 이식]
[출처] 그래핀 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80
[출처] 탄소나노튜브 https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%84%EC%86%8C_%EB%82%98%EB%85%B8%ED%8A%9C%EB%B8%8C
[8] 세계를 축소한 물질 | 고무 (폴리아이소프렌)_ 인턴이유리
고무가 가진 힘
운동 종목 중에서도 구기종목 인기가 가장 많다.
‘스포츠 선수 수입 상위 100명 중 구기 종목 선수는 90명’
고무의 탄생
구기 종목이 탄생한 시대
구기의 기원을 보면 19세기 후반에 만들어진 종목이 많다. Ex) 축구,골프 야구 등
WHY?
공업화가 이루어지면서 중산 계급이 증가했기 때문이기도 하지만, 질 좋은 고무가 보급 된 덕분이다. 고무의 등장 전에는 동물의 방광을 부풀려 차고 놀았다. 공에 고무를 사용하면서 공의 형태와 내구성이 균일해지고 대량 생산이 가능해 졌다.
고무를 만드는 식물
[ 출처|한국광물자원공사 공식블로그 ]
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kores_love&logNo=220393102370&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
고무가 늘어난 까닭
천연고무란?
미세한 고무 입자가 섞인 희고 걸쭉한 상태의 수액 (라텍스)을 공기중에서 굳힌 것이다.
라텍스를 만드는 식물?
민들레, 사포딜라(껌의 기원), 고무나무
고무나무는 라텍스가 많이 나오며 탄력성 또한 좋다.
상처를 낸 후 수액을 모아 말리면 고무가 된다 .
"월등한 신축성"
독특한 고무의 분자구조
탄소와 수소로 이루어져 있으며 ‘아이소프렌’ 이라는 분자가 길게 일직선으로 연결된’ 폴리아이소프렌’ 이라고 알려져 있다. 긴 사슬처럼 결합되어 잡아당기면 꼬불꼬불한 구조가 펴지고 손을 떼면 다시 돌아간다. 마치 나노크기의 용수철과 같다.
고무, 바다를 건너다
고무를 유럽에 전하다.
콜럼버스가 아메리카 대륙을 발견하고 제2차 원정(1493년 ~ 1496년)을 할 때 아이티섬에 상륙, 당시 그 섬의 주민들이 어떤 종류의 수액에서 만든 탄력성이 큰 고무공을 경기에 사용하고 있는 것을 본 때부터 시작되었다. 하지만, 고무를 유럽에 가져와도 실용적 용도를 찾지 못했다. (당시 고무는 겨울에 단단해지고 여름에 녹아 찐득거렸기 때문)
가황법의 발견
[ 영국 매킨토시 우비 ]
물과 공기가 통하지 않는 특성을 활용, 새로운 용도의 개발 시작하다
1823년, 고무를 코팅한 우비가 탄생했다. (이로써 고무의 보급이 시작되었지만 여름에 끈적이고 불쾌한 냄새는 여전했다)
미국 발명가 찰스 굿이어는 이러한 단점을 보완하기 위해 고무에 여러 가루를 섞기 시작했고 마침내 유황을 섞어 가열하면 내열성이 생기는 것을 발견했다.
분자를 잇는 다리
화학반응 "가교"
[ 트랜스형 이소프렌(중합체)(좌), 시스형 이소프렌(중합체)(중), 이소프렌(단랑체)(우). [ 출처 : 화학산책 | 네이버 지식백과 ] ]
천연고무 | 열을 가하면 분자가 격렬하게 움직여 녹아버린다.
유항과 가열 | 고무의 긴 사슬 이중결합 구조에 반응하여 다리를 놓듯 서로를 연결하여 견고해지며 내열성이 생긴다.
새로운 시대
“ 자연계 생물에서 원리를 터득한 것이 아닌 인간의 완전한 독창적 작품”
첫 시작- 아들의 세발 자전거를 더 빠르게 달리기 위해 나무로 된 원판 둘레에 공기를 넣은 고무튜브를 고정하여 타이어를 만들었다.
[9] 혁신을 가속한 재료 | 자석_ 서해성선임
자석의 대중성
전세계에 1억2200만톤 가량의 희토류가 매장되어 있으며, 희토류의 30프로는 자석의 원료로 사용된다. 그만큼 자석은 수량이 풍부하며, 인공적으로도 싸게 만들 수 있어 먼 옛날부터 지금까지 다양한 곳에 쓰이는 소재로 각광 받고 있다.
[ (출처-중앙일보|미 지질조사국) 세계 희토류 매장량과 생산량 | (출처-Statista.)글로벌 희토류 사용분야 ]
자석의 성질
자석이 자성을 띌 수 있는 이유는 전자가 스스로 돌기 때문이다. 마치 지구가 자전하는 것처럼 전자도 자전하는 것인데 전자의 스핀 방향이 한쪽으로 통일되면 강한 자성을 띄는 자석의 성질을 갖게 된다.
지구의 자성
지구가 자기를 띠는 까닭은 지구의 내핵에서 녹은 철 등이 자전의 영향을 받으며 열 대류함으로써 전류를 발생 시키기 때문이라고 추측된다. 한편, 지구 자기가 생명체들을 지킨다는 주장도 있는데 지구 자기가 태양풍의 플라즈마 입자들의 진로에 영향을 주어 입자들을 튕겨내고, 튕겨나간 입자는 북극이나 남극에서 대기 분자와 충돌해 빛을 낸다. 이것이 오로라의 정체다.
물질의 자성
보통의 물질들 속에는 전자의 스핀에 상향과 하향의 수량이 같아서 서로의 힘들 상쇄 시켜, 대개의 물질에는 자기력이 없다. 그러나 철 원자는 특수한 전자구조이므로 스핀의 성질이 상쇄되지 않고 남는다. 그렇다고 해도 보통의 철 덩어리는 자석으로 기능하지 않는다. 철 원자의 방향이 제각각이어서 서로간에 자력을 상쇄해버리기 때문이다. 평범한 철에 자석을 대면 철 원자가 한 방향으로 정렬되어 자력을 띄게 된다.
자석의 반발력
모터는 영구 자석에 코일을 끼워 넣는 구조로 되어 있다. 코일에 전기를 흘려 보내면 전자석이 되어, 양쪽에 있는 영구 자석과의 사이에서 흡인력과 반발력이 생기므로 이 힘으로 계속 회전한다. 발전은 이와 반대여서 외부의 힘으로 코일을 회전시켜 유도 전류를 발생 시킨다.
원리를 알게 되면 점차 새로운 아이디어가 추가되므로 이 아이디어들이 합쳐져서 또다시 새로운 발명품이 탄생한다. 자동차 한 대만 보아도 엔진은 물론 이거니와 와이퍼, 자동 개폐 창, 사이드 미러, 잠금장치, 압축기, 냉각기 등 온갖 부분에 모터가 사용되며, 각 부분에 적합한 자석이 들어 있다. 현대 문명은 자석 문명이라고 말해도 전혀 과장이 아니다.
페라이트 자석
1930년에 화학자인 가토 요고로와 전기 화학자인 다케이 다케시가 자유롭게 성형 할 수 있는 페라이트 자석을 발명했다. 페라이트 자석은 산화철을 주원료로 구워 단단하게 만든 자석으로 값이 매우 저렴하다. 이러한 까닭에 모터나 복사기, 스피커, 카세트테이프 등 다양한 기계에 널리 이용되었다. 냉장고 문이나 화이트보드에 붙이는 검은 자석 또한 페라이트 자석으로 우리가 일상생활 속에서 가장 흔히 접하는 자석이다.
네오디뮴 자석
현재 세계 최강의 자리에 군림하는 자석은 사가와 마사토가 1982년에 개발한 네오디뮴 자석이다. 이 자석은 매우 강력해서 손가락이 끼어 뼈가 완전히 으스러진 사람도 있다. 작은데도 흡입력이 굉장해서 하드디스크와 휴대전화의 소형화에 크게 기여하였으며, 하이브리드차와 같은 고도 첨단 기술 제품에 필수적인 자석으로, 원료가 되는 희소금속인 네오디뮴과 디스프로슘은 국제 정치 및 경제의 초점이 되었다.
자석의 현재와 미래
페라이트 자석은 1930년에, 네오디뮴 자석은 1982년에 개발되어진 것을 볼 때 근래에 급속도로 이루어진 자석의 혁신속도로 인해 수많은 분야에서 혁신을 일으키는 실마리를 제공했으며, 이로써 우리의 삶도 크게 변화했고 앞으로도 혁신의 중심에는 자석이 존재할 것이다.
[ 10월 14일에 발표한 아이폰12에 적용된 자석 ]
[10] 가벼운 금속의 기적 | 알루미늄 _ 박건희실장
알루미늄의 발견
1802년 영국의 화학자 험프리 데이비가 명반에서 새로운 금속산화물로 보이는 물질을 발견 명반 이라는 뜻의 라틴어 ‘alum’ 에서 따와 ‘aluminum’(알루미엄) 이라고 이름 붙였다.
그러나 알루미늄이 처음 금속 형태로 추출된 때는 1825년, 대량생산 체제가 확립되어 널리 사용하기 시작한 때는 20세기 이후 알루미늄과 산소의 결합이 지나치게 강력하여 제련에 어려움을 겪음 한스 크리스티안 외르스테드(덴마크) 등 다양한 제련에 도전이 있었지만 1886년 미국 오하이오주의 오버린대학의 찰스 마튼 홀 이라는 대학생에 의해 발견 됨 미국의 찰스 마틴 홀 과 프랑스의 폴 에루 가 거의 똑같은 방법을 같은 해에 발견하여 ‘홀-에루 공정‘ 이라 명명 되었다.
[11] 자유롭게 변화하는 만능재료 | 플라스틱_ 노성현선임
플라스틱의 종류
플라스틱의 역사 | 최초의 플라스틱 셀룰로이드
최초의 플라스틱은 1863년 코끼리의 상아로 만드는 당구공이 코끼리의 상아 수급에 어려움을 겪으며 이를 해결하기 위해 한 당구회사에서 상아 대체 물질의 개발에 1만 달러의 보상금을 제안하여 존웨슬리라는 발명가가 면직물과 질산을 활용 셀룰로이드를 발명 , 그러나 초기에는 서로 부딪혔을 때 큰 소리를 내며 폭발하여 상용화 되지 못함
플라스틱의 역사 | 근현대사와 함께하는 플라스틱
최초의 플라스틱은 1863년 코끼리의 상아로 만드는 당구공이 코끼리의 상아 수급에 어려움을 겪으며 이를 해결하기 위해 한 당구회사에서 상아 대체 물질의 개발에 1만 달러의 보상금을 제안하여 존웨슬리라는 발명가가 면직물과 질산을 활용 셀룰로이드를 발명 , 그러나 초기에는 서로 부딪혔을 때 큰 소리를 내며 폭발하여 상용화 되지 못함
플라스틱의 장점
1. 금속이나 도자기에 비해 가볍고 강한 제품의 생산이 가능
2. 약품에 대한 내구성이 강하며, 녹슬거나 부패하지 않음
3. 투명성이 있고, 착색이 자유로워 밝고 아름다운 제품 생산 가능
4. 가공성이 좋고, 복잡한 형상에 대한 대량생산 가능
5. 전기절연성이 우수해 가전제품 등 전기제품의 부품으로 사용
6. 플라스틱 발포제는 단열재로의 고성능 및 단열성이 우수함
7. 청결하여 미생물의 오염으로부터 식품을 보호
플라스틱의 단점
1. 열에 약해 형태의 변형 가능성이 높음
2. 금속에 비해 내구성이 약하고 먼지가 묻기 쉬움
플라스틱의 문제점
2050년 바다에 물고기와 플라스틱의 비율이 50 대 50이 될 것이라고 예측하였다.
친환경 플라스틱
바이오플라스틱
기존 플라스틱과 바이오매스나 생분해성 플라스틱 소재를 결합해 물성을 개선한 것으로 볏짚, 밀짚, 옥수수 껍질 등 식물체와 전분 등을 기존 플라스틱, 생분해성 플라스틱과 혼합해 제조하는 ‘탄소 저감형 바이오플라스틱’등이 복합 형태의 바이오플라스틱으로 구분
생분해성플라스틱
미생물이 존재하는 퇴비화 매립조건에서 폴리에틸렌 복합소재 필름이 생분해가 진행되어 폴리에틸렌의 분자량 감소와 미세구조 분해현상이 이루어지는 플라스틱
플라스틱의 미래_제로플라스틱
최근, 플라스틱으로 인한 환경문제가 심각해짐에 따라 다양한 기업 또한 기존의 제품에 대해 적용되어지는 플라스틱 소재의 적용을 지양하는 추세 포장재의 재사용 또는 재활용이 가능한 종이소재를 적용하며 제품 자체의 고효율화에 대한 노력을 기울이고 있는 중
[12] 무기물 세계의 선두 주자 | 실리콘_김기용책임
현대사회를 대표하는 재료 ‘실리콘’
스마트폰/슈퍼컴퓨터/AI스피커 등 일상에서 볼 수 있는 다양한 제품들이 컴퓨터의 발전을 통해 이루어졌다. 컴퓨터의 발전에 기여한 가장 큰 소재가 바로 실리콘(규소)이다.
컴퓨터 = 계산기
27톤의 최초 전자식 컴퓨터 ‘에니악’ 1945년 인류 역사에서 전자 계산기가 처음으로 탄생하였고, 이는 시기에서 추측할 수 있듯이 포탄의 탄도 계산 등 제 2차 세계 대전에서 활용하는 목적으로 개발.
컴퓨터가 특수한 용도에서 일상 생활에 영향을 주기 위한 재료
14번째 원소 ‘SI 규소(Silicon)’
유사하면서 정반대의 성질을 띄는 탄소(C)와 규소(SI)
[ 돌과 바위 / 유리(산소2 : 규소1) / 도자기의 기본 골격 ]
흔한 원소임에도 규소는 존재량이 극히 적은 원소보다 한참 늦은 1823년에야 스웨덴 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스에 의해 순수하게 분리됨. 규소와 산소의 상생이 지나치게 좋은 나머지, 강력하게 결합해 있다.
금속과 비금속 사이 반도체
‘전기를 통과시키는 물질과 통과시키지 않는 물질의 사이’ 즉 불순물과 빛을 쏘이는 방법(도핑)에 따라 전기를 통과시키는 정도를 조절 가능한 물질
P형 반도체와 N형 반도체
규소보다 적은 전자를 가진 불순물과의 결합 = 마이너스 전하를 띤 전자가 부족한 상태 즉 플러스 상태로 Positive형 반도체
규소보다 많은 전자를 가진 불순물과의 결합=플러스 전하를 띤 전자가 부족한 상태, 즉 마이너스 상태로 negative형 반도체
저마늄 결정을 이용한 트랜지스터
세계 2차 대전 직후 미국 통신회사 AT&T가 멀리 떨어진 곳과.통화할 때 음성신호가 약해져 문제를 해결하기 위해 필요로 한 증폭장치 트랜지스터 1947년 벨연구소 존바딘/월터 브래튼/윌리엄 쇼클리가 저마늄을 통해 다루기 어려운 접촉식 개발. 추후 쇼클리가 물리적으로 안정한 접합형 트랜지스터 개발.
[ 수명이 진공관트랜지스터에 비해 길고 비용이 낮으며 작게 개발 가능한 트랜지스터의 등장으로 현재의 반도체 산업 포문 염 ]
실리콘밸리의 기적 | 과수원에 둘러싸인 조용한 시골학교 스탠포드대학
열에 약한 저마늄 트랜지스터의 작동 오류로 인해 ‘규소’등장
녹는점이 1,410℃로 영에는 강해도 정제하거나 결정을 만들기엔 어려움이 있음
반도체는 극히 적은 양의 원소를 도핑 하기만 해도 성질이 크게 변함
(현대의 반도체 산업에서 규소의 순도는 99.999999999%, 즉 불순물이 1000억 분의 1의 수준)
1950년대에 이 장벽을 돌파하는데 어려움이 있었음
프레데릭 터만 교수는 타지역으로 취업하는 학생이 늘면서 캘리포니아에 학생들이 창업하여
캘리포니아 내에 있는 업체로 학생을 취업시키는 시스템을 만듬.
터만의 제자인 윌리엄 휴렛과 데이비드 팩커드가 학교 근처에 전자기기 제조업체 설립
휴렛팩커드(hp) 실리콘밸리의 시작
1959년 실리콘밸리에 페어차일드반도체의 로버트 노이스 팀이 실리콘 직접회로 개발
1971년 인텔이 최초의 CPU 발표
규소(실리콘)으로 시작한 인공지능
[ 알파고와 이세돌 ]
탄생한지 겨우 60여년 만에 ‘규소로 만든 뇌’는 ‘탄소로 만든 뇌’를 추월함
AI가 좌우하는 ‘재료과학’ 경재의 미래 | ‘싱귤래리티’
‘싱귤래리티’ 시점에 다다른 재료의 세계’ (인공지능이 인간의 지능을 넘어서는 시점을 말하며, 인공지능의 미래를 상징)
1억 4000만 개의 물질 중 ‘직접 도움이 되는 것은 극소수’ 우리가 사용하는 재료는 인류가 오랜 시간을 투자해 무에서 창조해온 슈퍼 물질 앞으로도 새로운 재료가 출현하여 시대를 크게 바꿀것. 메타물질(Meta-Material) 초월물질 굴절율이 0의 수준 / 뒤에 반사된 물질이 표면을 돌아 보는 사람에 도달하는 ‘투명망토’
AI가 재료를 창조한다
앞으로 단일 재료의 발견은 더 이상 없을 것이다
여러 재료의 조합으로 새로운 진가를 발휘하는 재료가 탄생할 것 강철보다 강한 종이 / 깨져도 원래 상태로 돌아오는 도자기 / 접을 수 있는 유리 / 다 마시면 사라지는 컵
빅데이터 기반으로 적합한 재료 선정과 조합 및 균형을 맞추는데 인공지능은 큰 기여를 발휘할 것
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