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이빨을 흉내낸 튼튼한 나노구조체를 개발했다!

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이빨을 흉내낸 튼튼한 나노구조체를 개발했다!

2017.03.02 03:00
Pixabay 제공
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우리가 ‘씹고, 뜯고, 맛보고, 즐길’수 있는 원동력은 치아에 있다. 치아는 잘 관리하면 일생동안 사용할 수 있다. 국내 연구진이 이런 치아의 비결을 모사한 신소재를 개발했다.

 

염봉준 명지대 화학공학과 교수팀은 미국 미시건대와 공동으로 치아 중 유백색 단단한 물질인 ‘법랑질’의 구조를 모사한 나노구조체 개발에 성공했다고 학술지 ‘네이처’ 2일자에 발표했다.

 

치아 표면을 이루고 있는 법랑질은 수 마이크로미터 혹은 나노미터 크기의 단단한 기둥 형태의 세라믹 물질들이 수직으로 배향된 구조다. 사람뿐 아니라 공룡, 바다 속 성게까지 다양한 종의 치아에서 이러한 구조가 발견된다.

 

갈비를 뼈째로 뜯어도 치아가 손상되지 않은 이유는 치아의 기계적 물성이 강하기 때문이다. 기계적 물성은 탄성(강성도)와 진동에 버티는 정도(감쇠계수)를 종합적으로 평가한 조합수치를 이용한다. 치아의 조합수치는 공업용 소재보다 우수하다는 연구결과도 있다.

  

연구진이 개발한 나노복합체의 구조. 산화아연 나노선을 수직으로 배열한 뒤, 고분자 지자체를 빈 공간에 채워넣는 식의 공정을 이용했다. - 네이처 제공
연구진이 개발한 나노복합체의 구조. 산화아연 나노선을 수직으로 배열한 뒤, 고분자 지자체를 빈 공간에 채워넣는 식의 공정을 이용했다. - 네이처 제공

연구진은 치아 법랑질의 구조를 모사해 기존의 물질을 뛰어넘는 조합수치를 가진 나노 복합체를 제조했다. 산화아연(ZnO) 나노선을 기판에 수직으로 배향하고, 배향된 나노선 사이를 고분자 지자체로 채웠다.

 

이렇게 제작한 인공 주상구조형 나노복합체는 기존 소재들의 한계라고 여겨지던 조합수치 0.6을 뛰어넘는 물성을 나타냈다. 연구진은 이 소재를 강한 힘과 진동을 동시에 버텨야 하는 구조뿐 아니라 장시간 진동에 따른 피로 누적이 수반되는 비행 및 주행용 지지체, 내진 설계가 필요한 전자장비 등 다양한 산업분야에 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

염 교수는 “상용화를 언급하기엔 이른 시기이지만, 나노물질을 대량으로 제조하고 가공할 수 있는 공정기술을 확보한다면 그 시기를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.

 

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