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(네오디뮴자석)

네오디뮴자석이란,
지구상에서 가장 널리 사용되는 희토류 자석이다. 네오디뮴과 철 및 붕소를 2:14:1의 비율로 분말 야금법으로 합금하여 만든다.

네오디뮴 자석은 지구상에서 사용되는자석중 자력(25~50MGOe)를 지니고있으며 가공하기 쉽고 가격도 저렴하다.

네오디뮴자석은 컴퓨터의 하드디스크의 헤드엑추에이터.자기공명상영상,자기 기타픽업, 스피커와 헤드폰,전기모터,풍력발전기,네오디뮴 자석 장난감 등의 분야에서 사용된다.

(파리비행)

파리는 빠르고 민첩하게 자유자재로 비행하며 공중에 정지할 수도 있고 아무데나 앉을 수 있다.
이러한 파리의 특성을 연구해 2cm의 날개, 무게는 0.1g, 1초에 200번 날갯짓해서 3m를 나는 초소형 무인 비행체를 개발하였다.

(홍합족사)

홍합은 족사를이용해 바다의파도에도 바위등에 강하게 붙어 살아갈 수 있다.
이를통해 의료접착제등을 개발할 수 있다.

​

(공작깃털)

공작의 깃털에 영감을 받아 자외선을  이용해서

광고 문구가 바뀌는 옥외 광고판을 개발함.

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탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 원통형 모양의 나노 구조를 지니는 탄소의 동소체이다. 탄소 나노튜브는 1991년 일본 전기 회사(NEC) 부설연구소의 이이지마(Iijima) 박사가 전기 방전법에 의해 풀러렌(fullerene)을 합성하면서 흑연 음극상에 형성된 탄소 물질을 투과 전자 현미경으로 분석하는 과정에서 발견되었다. 이이지마 박사와 미국 IBM 연구소의 베쑨(Bethune) 등이 전기 방전 시에 Fe, Ni, Co등과 같은 전이 금속을 사용하는 경우, 가장 기본적인 구조인 단일벽 탄소 나노튜브(single-wall carbon nanotube; SWNT)가 만들어짐을 발견하였다.

나노튜브는 원통형 풀러렌 계열의 구조를 지니며, 그래핀이라는 탄소 원자 한 층으로 이루어진 막을 벽으로 하며 길고 속이 빈 튜브 모양으로 만들어졌기 때문에 탄소 나노튜브라는 이름이 붙었다. 그래핀을 둥그렇게 마는 각도에 따라 다른 나노튜브가 만들어질 수 있는데, 이렇게 말리는 각도와 지름에 의해 금속이 될 수도 있고 반도체가 될 수도 있다.

나노튜브는 단일벽 나노튜브와 다중벽 나노튜브(multi-wall carbon nanotube; MWNT)로 나눌 수 있다. 나노튜브는 반데르발스 힘에 의해 여러 가닥이 뭉쳐진 다발형 나노튜브(rope nanotube) 형태로 정렬되는 경우가 많다. 이후, 1994년에 아자얀(Ajayan) 등이 CNT를 첨가제로 사용한 고분자 나노 복합재료를 최초로 보고하였다. 탄소 나노튜브는 높은 유연성(high flexibility)을 가지고 있어서 휘어졌다가 원상복구되기 쉽고, 낮은 중량 밀도(low mass density)를 가지며, 직경이 나노 크기인 반면에 길이는 수 μm에서 길게는 수 mm까지 될 수 있기 때문에 길이:직경비(length/diameter ratio) 즉 종횡비(aspect ratio)가 매우 크다. 탄소 나노튜브의 종횡비는 다른 물질보다 훨씬 큰 132,000,000의 값을 가진다. 탄소 나노튜브의 종횡비는 고분자 나노 복합재료에 첨가제로 사용되는 카본블랙(carbon black), 실리카(silica), 클레이(clay) 등과 같은 기존의 첨가제 재료의 종횡비에 비해 매우 큰 값을 보이는 점이 가장 구별되는 특징이다.

탄소 나노튜브는 기계적, 전기적 그리고 열적 특성이 매우 우수하며 이로 인해 나노 복합재료 제조 분야에서 기존의 첨가제를 대체할 수 있는 혁신적인 물질로 여겨지고 있다. 나노튜브의 화학 결합은 흑연과 같은 sp ² 결합만으로 구성된다. sp ² 결합은 알케인이나 다이아몬드에서 볼 수 있는 sp ³ 결합보다 강하며, 탄소 나노튜브의 강도가 매우 높은 것도 이 때문이다.

탄소 나노튜브의 종류

CNT는 벽을 이루고 있는 탄소 원자의 결합 수에 따라 구분한다. 우선 단일벽 나노튜브(single-wall nanotube)는 탄소 원자로 구성된 벽이 하나인 튜브 형태로 전기전도성, 열전도성이 가장 우수하다. 그러나 대량 합성이 어렵고, 가격이 높은 점이 산업화의 걸림돌이 되고 있다.

탄소원자로 구성된 벽이 두개인 이중벽 나노튜브(double-wall nanotube)는 전기 전도성과 기계적 특성이 뛰어나다. 다중벽 나노튜브(multi-wall nanotube)는 하나의 튜브에 탄소 원자로 구성된 벽이 여러 겹인 튜브 형태로 전기 및 열적 특성은 다소 떨어지나 기계적 특성이 우수하고 제조가 용이해 응용 범위가 넓다.

이밖에 단일벽 나노튜브가 여러 개 붙어서 다발을 이룬 튜브 형태인 다발형 나노튜브(rope nanotube)가 있다(그림 1).

그림 1. 단일벽 탄소 나노튜브 구조 (출처)

탄소 나노튜브그림 2. 이중벽 탄소 나노튜브 구조 (출처)
그림 3.다중벽 탄소 나노튜브 구조 (출처)

특성
기계적 성질
탄소 나노튜브는 인장 강도와 탄성률의 측면에서 지금까지 발견된 물질 중 가장 단단하고 강한 물질이며, 이는 탄소 원자들 사이에 형성된 sp ² 공유 결합 때문이다. 2000년, 다중벽 탄소나노튜브는 63 기가 파스칼(GPa)의 인장 강도를 가지고 있다는 것이 실험을 통해 증명되었다. 이후 이어진 2008년의 실험에서, 각각의 탄소 나노튜브 껍질들은 100 GPa 이상의 강도를 가지고 있다는 것이 밝혀졌다.
이에 비해 실험적으로 판명된 단일벽 탄소 나노튜브는 640 GPa ~1 TPa 범위의 매우 높은 인장 탄성율과 150∼180 GPa의 높은 인장 강도를 가진다. 2008년에 실시된 연구에 따르면 개별 CNT 껍질은 양자/원자 모델과 일치하는 약 100 GPa의 높은 인장 강도를 가지고 있음이 밝혀졌다. 개별 CNT 껍질의 인장 강도는 매우 높지만, 인접 껍질과 튜브 사이의 약한 전단 상호 작용은 다중벽 탄소 나노튜브 및 탄소 나노 튜브 다발의 유효 인장 강도를 단 몇 GPa로 현저히 감소시킨다. 이러한 한계는 내부 껍데기와 튜브를 가교시키는 고 에너지 전자 조사를 적용하여 해결되었으며, 다중벽 탄소 나노튜브의 경우 약 60 GPa로 인장 강도를 효과적으로 증가시켰다.
탄소 나노튜브는 압축하의 조건에서는 기계적 성질이 강하지 않다. CNT의 중공 구조 및 높은 종횡비로 인해 압축, 비틀림 또는 굽힘 응력하에 놓이면 구부러지는 경향이 있다. 반경 방향에서의 CNT의 영률은 수 GPa 단위로 측정되어서 탄소 나노튜브가 반경 방향으로 매우 부드럽다는 것을 보여 주었다. 섬유 또는 섬유 응용 분야에서 비강도(specific strength)는 일반적인 섬유의 기계적 강도의 척도이다. 비강도는 재료의 강도(파괴 시 단위 면적당 힘)를 밀도로 나눈 값이며 SI 단위는 Pa·m³/kg 또는 N·m/kg이다. 밀도가 낮은 섬유는 높은 비강도를 가진다. 탄소 나노튜브의 밀도는 1.3~1.4 g/cm³로서 탄소강의 밀도인 7.85 g/cm³ 보다 낮은 밀도를 가지기 때문에 탄소강의 비강도가 154 kN·m·kg⁻¹인데 비하여 탄소 나노튜브의 비강도는 48,000 kN·m·kg⁻¹의 높은 비강도를 보이고 있어서 비중이 알려진 물질 중에서 가장 우수한 비강도를 보인다.
탄소 나노튜브의 기계적인 특성은 철 및 알루미늄 보다 강하며, 금속 중에서 가벼운 금속인 알루미늄(2.0g/cm³)보다 가볍다. 일반 탄소섬유는 분자 구조의 1%만 변형돼도 끊기지만 탄소나노튜브는 15%가 변형돼도 견딘다. 탄소 나노튜브가 강철·다이아몬드·구리·섬유 등 산업용 소재의 패러다임을 완전히 바꿀 나노 시대의 핵심 소재로 꼽히는 이유가 된다.
전기적인 성질
전기적인 특성으로는 탄소 나노튜브의 축에 대해 감긴 형태(chirality)에 따라 금속(metallic) 혹은 반도체(semiconducting)의 특성을 다양하게 나타낸다. 금속성 탄소 나노튜브의 경우 구조적인 특성에 의해 전자가 산란되지 않고 길이 방향으로 잘 전달될 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브는 큰 음향양자(phonon)를 나타내며 이로 인해 열전도도가 6000 W/(m·K)로써 높은 값을 가진다. 탄소 나노튜브에 전기를 흘리면 LED(발광 다이오드)보다 효율이 100배 이상 높은 빛을 낸다.
탄소 나노튜브의 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같고, 인장력은 다이아몬드를 능가한다. 탄소 나노튜브는 구리와 같은 수준의 전기 전도율을 가지고 있다.

탄소 나노튜브의 합성
CNT 제조법은 아크 방전법(arc discharge)과 레이저 증발법(laser techniques), 그리고 화학 기상 증착법(chemical vapor decomposition; CVD)으로 크게 3종류로 구분된다. 아크 방전법과 레이저 증발법은 고체 상태의 탄소(carbon source)를 전기(arc)나 레이저(laser)를 사용하여 열분해(pyrolysis)시켜서 고온의 기체 상태의 카본으로부터 CNT를 제조하는 방법이고, CVD방식은 전이 금속 계열의 촉매(catalyst)를 이용하여 기체 상태의 카본(gaseous carbon)을 기질(substrate) 표면에서 성장시키는 방법이다.

탄소 나노 튜브의 정제
CNT를 생산할 때 필연적으로 발생하는 부산물은 CNT를 연구하는데 많은 혼란을 주며 복합 재료 제조 시 특성을 저하시킨다. 따라서 이를 제거하기 위하여 다양한 정제 방법들이 시도되었다.
일반적으로 많이 사용되는 표준 정제법(standard purification)은 크게 열처리(heat treatment), 환류 상태에서의 산 처리(refluxing in acid) 또는 초음파 조사를 동반한 산 처리(acid treatment with sonication) 및 원심분리/세척(centrifuge, washing)의 순서로 이루어져 있다. 단계별 정제 효과 및 조건을 살펴보면 열처리는 가열로(furnace)를 사용하여 산소를 흘려주면서 일반적으로 500 °C 이하의 온도에서 비정질(amorphous) 탄소 물질을 열분해시킨다. 열 처리 후 산 처리 과정을 통하여 촉매로 사용되고 난 후 시료에 잔류하는 전이 금속을 제거한다. 산 처리를 위해서 다양한 조합의 강산 혼합물(acid mixture)과 처리 방법이 시도되었다.
초기에는 20% 플루오린화 수소산(hyrdofluoric acid) 및 22% 질산(nitric acid)에서 각각 5 시간 및 10 시간동안 환류(reflux) 처리하거나, 2∼3 M 농도의 질산에서 45 시간 동안 환류 처리하는 방법 등이 사용되었고, 최근에는 주로 염산에 열처리된 CNT를 넣고 초음파 처리(ultra-sonication)하는 방법이 사용된다.
산의 종류와 환류 (reflux) 시간 및 초음파(ultrasonication) 처리의 정도에 따라 정제 효율이 영향을 받으며 에너지가 과도하게 가해지면 SWNT의 경우는 나노 튜브가 절단되어 길이가 짧아지거나 MWNT의 경우는 외부층(outer wall)이 손상을 받을 수 있으므로 주의해야 한다.
산 처리 후 CNT를 과량의 탈이온수(DI water)에 섞은 후 고속 교반 과정을 거처 원심분리하여 산 처리로 떨어져 나온 불순물 등이 포함된 상등액을 제거하고 가라앉은 물질을 취한 후, 동일한 과정을 pH 값이 7 정도가 될 때까지 수차례 반복한다. 이 과정을 통해 강산 잔여물 및 전이 금속을 제거하고 테플론(PTFE) 재질의 필터(0.2 μm)를 사용하여 필터링한 후 건조시킨다. 초기의 CNT의 무게와 최종적인 CNT의 무게를 계산하여 불순물 및 수율을 계산할 수 있다.

CNT의 주요 응용 분야
벌크형 복합 소재 분야

현재는 주로 전기전도성을 요구하는 정전기 방지용 고분자 복합 소재의 상용화가 이루어지고 있으며, 향후 2~3년 내에 고 전기전도성을 요구하는 전자파 간섭(Electromagnetic interference; EMI) 차폐용 복합소재가 상용화될 전망이다.

CNT 발열 및 방열 복합 소재 시장도 상용화가 시작되어 LED (Light Emitting Diode) 조명 적용 시장이 증대될 것으로 예상된다.

경량/고강도 복합 소재는 골프 클럽헤드, 알루미늄 부품 적용 등 일부 스포츠 용품을 중심으로 시장에 출시된 적은 있지만, 아직은 시장이 크지 않다. 그러나 향후 5년 내에 자동차 및 항공기의 내외장재에 사용될 가능성이 매우 크므로 이 분야의 사업화 전망이 밝다고 예측된다.

박막형 복합 소재 분야

단일벽 나노튜브를 이용한 저가형 투명 전도성 필름의 상업화가 이루어졌으며, 모바일 기기의 급격한 증대와 맞물려 시장 확대가 예상된다.

다중벽 나노튜브를 이용한 정전기 방지용 도료의 상용화가 이루어졌으며, 향후 2~3 년내 에 고전도성을 요구하는 EMI 차폐용 도료의 출시가 가능할 것으로 생각되며, 이와 더불어 방열 도료도 매우 유망한 분야로 떠오르고 있다.

에너지 분야

리튬 이온 전지의 양극에 전도성 충진제로 쓰이는 카본 블랙을 대체하는 분야가 가장 유망한 분야로 떠오르고 있다.

현재 주요 전지 업체들이 CNT를 양극 첨가재로 사용하여 특성이 개선된 리튬 2차 전지를 개발하였으며, 향후 급격한 시장 확대가 예상되는 모바일 기기, 전기 자동차 등에 사용이 예상된다.

안정성
탄소 나노튜브의 독성이 나노테크놀로지에서 중요한 질문이 된 적이 있었다. 2007년에, 독성에 대한 연구가 시작되었다. 데이터는 아직 단편적이고 주관적이다. 임시의 결과는 이 혼합된 물질의 유독성을 평가하는 것의 어려움을 강조한다. 샘플의 순도뿐 아니라 구조, 입도 분포, 표면, 표면화학, 표면 전류, 집합체 상태가 탄소 나노 튜브의 반응성에 엄청난 영향을 가진다. 그러나, 이용 가능한 정보에 따르면, 특정 상황에서는 탄소 나노 튜브가 염증이나 섬유증과 같은 해로운 효과를 유도할 수 있다고 한다.

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탄소나노튜브

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대한화학회
http://new.kcsnet.or.kr

대한화학회는 1946년 7월 7일 설립된 비영리 학술단체로서 화학 분야의 학술과 기술 발전, 교육, 및 화학 지식의 확산에 기여함을 목적으로 하고 있다. 현재 7,000여명의 회원이 대학, 연구소, 산업체, 초중고등학교 등에서 활동하고 있으며, 140여 단체 및 30여 개의 특별회원사가 참여하고 있다. 12개의 지부, 12개의 분과회, 3개의 편집위원회를 포함한 제위원회와 운영진으로 구성되어 있으며 "대한화학회지", "Bulletin of the Korean Chemical Society" (영문, 월간, 1981년 SCI등재), "Chemistry, an Asian Jouranl", "Physical Chemistry Chemical Physics" 등의 학술지와 소식지인 화학세계(월간)를 발행하고 있다. 대한화학회는 미국화학회, 영국화학회, 일본화학회, 중국화학회 등과 지속적으로 교류를 하고 있으며 화학관련 국제기구인 IUPAC과 FACS의 회원 단체로 활동을 하고 있다.

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특징:그래핀은 세상에서 가장 얇으며 

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특징:그래핀은 세상에서 가장 얇으며 단단한 물질이다. 그래핀의 특성 중 하나는 두께가 매우 얇다는 것이다. 그래핀 몇억 개를 한데 묶어야 겨우 머리카락 굵기가 된다고 한다. 또 고무처럼 구부러지기도 하고, 도르르 말아도 깨지지 않는다.특별한 성질 때문에 응용 분야가 많다. 기존의 물질에 단단함을 더할 수 있고 전기가 통하지 않던 물질을 도체로 바꿀 수있다.

활용: 그래핀을 이야기할 때 흑연을 빼놓을 수 없다. 그래핀은 연필심으로 쓰이는 흑연의 구성 물질이다.전자현미경으로흑연을 관찰하면 탄소 원자들이 육각형으로 연결되어 마치 벌집처럼 보인다. 벌집 모양의 얇은 판이 층층이 쌓아올려진구조인데, 그래핀은 흑연을 이루는 여러 층 가운데서도 가장 얇은 막 한 겹을 떼어 낸 것이다.

노보셀로프 박사는 아주 간단한 방법으로 흑연에서 그래핀을 발견했다. 비밀은 바로 셀로판테이프에 있다. 시커먼 흑연덩어리에 셀로판테이프를 붙였다가 떼면 흑연이 묻어나오는데, 여기에 다른 셀로판테이프를 반복해서 떼어 내면 아주 얇은 흑연 덩어리를 얻을 수 있다.

마지막으로 특수 용액을 뿌려 셀로판테이프를 녹이면 그래핀 조각이 남는다.

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초전도체도체라고 해도 전류가 

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초전도체
도체라고 해도 전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 전기 저항이 있다. 도체의 전기 저항은 온도가 낮을수록 작아진다. 그런데 1911년 네덜란드의 과학자 오너스(Onnes, H.K. : 1853~1926)가 절대 온도 4.2K(-268.8˚C)의 극저온 상태에서 수은의 저항이 완전히 0이 되는 현상을 발견하였다. 이처럼 물질의 전기 저항이 완전히 사라지는 상태를 초전도 상태라고 하며, 저항이 사라진 물체를 초전도체라고 한다. 이때 초전도 현상이 나타나는 온도를 임계 온도라고 한다.

물질의 전기 저항이 0이 되면 전기 회로에서 전력 손실이 생기지 않으며, 저항에 의한 열이 발생하지 않기 때문에 에너지가 낭비되지 않는다. 그러나 초전도 현상은 극저온에서만 이루어지기 때문에 현재까지는 실제 활용하는 데 어려움이 많다. 특히 값비싼 액체 헬륨을 이용해서 냉각해야만 하기 때문에 상용화하는 데 경제적으로 문제점이 있다.

최근에 많은 과학자가 임계 온도를 높여 상온에서도 초전도 현상이 일어나는 물질을 만들려는 연구를 지속하였다. 1986년 베드노르츠(Bednorz, J. G. : 1950~)와 뮐러 (MHuH ller, K. A. : 1927~)는 90K(-183˚C)에서 초전도 현상을 나타내는 물질을 발견하였다. 이 물질은 비교적 값싼 냉매인 액체 질소(끓는점-196˚C)로 냉각하여도 초전도 현상을 나타내기 때문에 경제적으로 매우 중요한 의미를 나타낸다. 그 이후에도 더 높은 온도에서 초전도 현상이 나타나는 초전도체를 만들려는 노력이 계속되고 있다.

초전도체가 갖는 또 다른 특징 중 하나는 자기장을 밀어내는 성질이다. 초전도체 위에 자석을 놓으면 초전도체의 자기장이 세지면서 자석을 밀어내는 방향으로 유도 전류가 소용돌이처럼 발생한다. 이때 저항이 없으므로 유도 전류가 사라지지 않아 자기장이 자석을 계속 밀어내어 떠 있을 수 있다. 이 현상을 이용하면 표면과의 마찰 없이 물체를 움직이게 할 수 있다. 최근 많은 나라가 상온에서 작동하는 초전도체를 개발하여 자기 부상 열차에 효율적으로 이용하기 위하여 연구 중이다.

초전도체는 미세한 자기장을 측정하는 초전도 양자 간섭 소자(SQUID)라는 장비와 의료 장비인 자기 공명 영상 장치(MRI) 등에 활용되고 있다.

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그렇다면 오팔구조는 어떻게 활용할 수

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그렇다면 오팔구조는 어떻게 활용할 수 있을까? 자신의 자동차 색상이 지루하다면 오팔입자로 된 페인트를 칠해보자.
앞에서 볼 때와 옆에서 볼 때, 뒤에서 볼 때마다 각기 다른 색을 띤 자동차로 변신할 수 있다.
공작새 수컷이 오팔구조를 지닌 깃털로 암컷을 유혹하듯 각도에 따라 달라지는 차를 몰고 온다면 그날의 데이트는 쉽게 진행될 수 있을 것이다.

이뿐만이 아니라 광자회로를 구성하는 초고속소자도 만들 수 있다.
이 경우는 자연계에서 존재하는 것처럼 다양한 색을 만드는 것이 아니라 똑같은 파장의 빛을 반사시키도록 제어하는 것이 중요하다.
지름 0.1μm의 입자와 그보다 더 작은 나노입자들을 지름 50μm의 물방울에 넣고 물을 증발시키면 스스로 규칙적인 오팔구조를 만든다.
이들 결정은 반도체의 성질을 갖고 있어 ‘나노트랜지스터’의 역할을 한다. 앞으로 손톱만 한 반도체칩에 실타래처럼 엉킨 회로망에서 빛이 전자를 대신하게 될 것이다.

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_네오디뮴 자석
네오디뮴 자석이 공기중에서 쉽게 부식되기 때문에 부식을 방지하기 위해 내식성이 강한 금속(니켈, 구리-니켈 합금, 아연 등)으로 도금이 되어있기 때문에  완전한 금속성 광택을 가지고 있다.
즉 표면에 보이는 은색은 자석의 원래 색상이 아니라 도금된 금속의 색상이다. 코팅이 되어있는 탓에 또한 일반 자석에서 자주 보이는 부스럼 현상이 거의 없다.
지구상에서 가장 강력한 자석중 하나로 고출력모터를 만들기에 적합하여 하이브리드자동차 등에 이용한다.

_파리비행
파리는 1초에 날개를 250번 이상 움직이면서 자유자재로 비행하여 쏜살같이 날아갔다가 공중에 정지하기도 하며 아무 데나 쉽게 앉을 수도 있다. 이 특성을 이용하여 초소형 무인 비행체처럼 군사적으로도 이용했으며  소형 모형 비행기등 레저용으로도 활용하였다.

_홍합족사
홍합은 접착단백질을 만들어 내고 분비함으로써 바다 속의 바위와 같은 젖은 고체 표면에 강하게 부착하게끔 하여 강한 파도로 인한 충격이나 바다 속의 부력에 저항할 수 있다.이것은 홍합에 있는 족사의 끝의 접착단백질을 이용하기 때문이다.
홍합의 성분을 이용해 (우리 몸속처럼) 염분이 있는 환경에서도 떨어지지 않는 초강력 접착제가 개발되었다.

_공작깃털
공작의 깃털에 영감을 받아 자외선을 이용하여 광고 문구가 바뀌는 옥외 광고판이 개발되었다.

홍합의 족사 ↓

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옥외 광고판

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1원자번호 60번, 네오디뮴

네오디뮴(neodymium)1)은 원자번호 60번의 원소로, 원소기호는 Nd이다. 주기율표에서 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나이다. 란타넘족 원소(lanthanide 또는 lanthanoid)는 원자번호 57번인 란타넘(La)에서 71번인 루테튬(Lu)까지의 15가지 원소들을 말하는데, 이들은 가장 바깥 전자껍질에는 2개의 6s 전자를 갖고 있고, 원자번호가 클수록 4f전자가 더 많이 채워진다.

따라서 네 번째 란타넘족 원소인 네오디뮴은 4개의 4f전자를 갖고 있다. 네오디뮴은 은백색의 무른 금속으로, 화학반응성이 아주 크며 화합물에서는 주로 +3의 산화상태를 갖는다.
녹는점은 1024oC이고, 끓는점은 3074oC이며, 25oC에서 밀도는 7.01g/cm3이다. 공기 중에서 표면이 산화되어 노란색 산화물 피막이 형성되는데, 산화물 피막이 떨어져 나오면서 금속 전체가 서서히 산화된다. 150oC이상에서는 쉽게 타서 산화네오디뮴(III)(Nd2O3)이 된다.

찬 물과는 느리게, 그리고 더운 물과는 빠르게 반응하여 수산화네오디뮴(III)(Nd(OH)3)이 되고 수소 기체를 발생시킨다. 산에 잘 녹으며, 수소, 할로겐 원소, 다른 비금속들과도 잘 반응한다. Nd3+ 이온은 수용액에서 [Nd(H2O)9]3+로 존재하며, 연보라색을 띤다.
네오디뮴은 란타넘족 원소 중에서 세륨(Ce) 다음으로 많은 양이 존재한다. 지각에서의 존재비는 약 38ppm (0.0038%)으로, 대략 27번째로 풍부한 원소이다. 존재비로 보면 구리(Cu, 70ppm)나 아연(Zn, 76ppm)보다는 적으나, 코발트(Co, 29ppm), 납(Pb, 13ppm), 주석(Sn, 2ppm)보다는 많다.

100가지 이상의 광물에 다른 란타넘족 원소들과 함께 들어 있는데, 상업적으로 가장 중요한 광석은 모나자이트(monazite)와 희토류광(bastnäsite)이다. 네오디뮴은 이들 광석에 들어있는 전체 란타넘족 금속의 약 10~18%를 차지한다.

종래에는 이들 광석에서 개별 성분 금속을 분리하지 않고 미시메탈(mischmetal) 형태로 회수하여 주로 사용하였으나, 근래에는 수요가 많아 이온교환 또는 용매 추출 방법으로 분리하여 사용한다. 2004년의 전세계 생산량은 산화네오디뮴(III)(Nd2O3)으로 환산해서 약 7000톤이었다.
네오디뮴의 가장 중요한 용도는 자석이다. 네오디뮴 자석은 현재 알려진 것 중에서 가장 강한 영구자석으로, 네오디뮴을 철, 붕소와 합금시켜 만드는데, 화학적 조성은 Nd2Fe14B이며, 성분 원소들의 첫 글자를 따서 NIB 자석이라 부르기도 한다. 이 자석은 비교적 값싸게 얻어지고 가벼우며 강한 자기장을 낸다.

마이크와 스피커, 이어폰, 컴퓨터 하드 디스크 등에 사용되며, 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 모터, 항공기와 풍력 발전기 등 가볍고 부피가 작으면서 강한 자기장이 필요한 거의 모든 기기와 장치에 사용된다.

네오디뮴의 또 다른 중요한 용도는 고체 적외선 레이저를 만드는 것으로, 가장 많이 사용되는 것이 네오디뮴 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저인데, 이 레이저는 약 1064nm의 적외선을 방출하며 각종 레이저 가공, 의료용 레이저 수술과 처치에 이용되고, 군사적으로는 레이저 표적지시기와 거리측정기에도 흔히 사용된다.

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초전도체초전도체:초전도 전이 

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초전도체
초전도체:초전도 전이 온도라고 하는 특정 온도 이하에서 모든 전기 저항을 상실하는 물질
1911년에 네덜란드의 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해서 처음으로 발견됐다
초전도체의 이용:강력한 초전도 자석은 의료 진단에 널리 이용하고 있는 자기 공명 영상(MRI) 장치나 초전도 양자 간섭 장비(SQUID)의 필수 부품이다

현재 운행 중인 고속 자기 부상 열차를 만드는 데에도 이용된다

상어비늘
피부를 현미경으로 확대해 보면 리블렛(riblet)이라고 불리는 갈비뼈 모양의 미세돌기가 돋아나 있다

리블렛을 해석하자면 'rib'는 갈비뼈란 뜻이고 'let'은 작다는 뜻이다
즉, 작은 갈비뼈를 의미한다
실제로도 엄청 작은 크기인 10~100㎛(마이크로미터) 밖에 되지 않기 때문에 손으로 만지면 사포 같은 거칠거칠한 촉감만 느껴진다

상어 지느러미 비늘에 있는 미세돌기가 마찰저항을 감소시킨다
상어비늘의 이용:
상어 비늘의 미세 돌기인 리블렛은 수영할 때 몸 주변에서 발생하는 소용돌이를 밀어내는 역할을 하여 최대 8%까지 마찰 저항을 줄임으로써 더 빠른 속력으로 헤엄칠 수 있도록 한다

이와 같은 상어 비늘의 리블렛은 공기나 물의 저항을 줄일 필요가 있는 자동차의 타이어, 잠수함, 비행기, 수영복 등 다양한 용도로 이용되고 있다

출처
https://blog.naver.com/fira_sea/221013344068 상어비늘
네이버 지식백과 초전도체 superconductor 화학백과

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공작깃털

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<반도체>
●반도체란 전기전도도가 도체와 부도체의 중간정도인 물질
●절연체에 가까운 Si,Ge 같은 고유반도체에 불순물을 섞는 도핑 과정을 거치면 전기 전도성이 증가됨.
●이때 넣는 불순물의 종류에 따라 p형 반도체와 n형 반도체로 나뉨.

<p형 반도체>
-13족 원소가 불순물(B, Al, Ga 등)
-Si와 13족 원소가 공유결합을 하지만 전자 1개가 부족하여 빈자리에 양공이 생김
-양공이 전하 나르개 역할

<n형 반도체>
-15족 원소가 불순물(P,N,As 등)
-Si와 15족 원소가 공유결합을 하지만 전자가 1개가 남음.
-남는 전자가 전하 나르개 역할

●이용분야
-온도에 따라 저항이 변하는 성질-> 냉장고, 에어컨, 화재방지장치
-빛의 밝기에 따라 저항이 변하는 성질->자동조명, 조도계
-압력에 따라 저항이 변하는 성질->방송, 전화

https://youtu.be/p-Zx2mllAqc

<게코도마뱀의 발바닥>
●특징: 발바닥에 나 있는 미세 섬모를 이용해 나무나 벽에 잘 붙어 있는다.
●이용: 게코테이프( 발가락 표면의 나노털을 테이프에 모방해서 벽에 잘 붙음)
의료용패치, 도마뱀집게(우주선 정비&검사, 우주쓰레기 수집해서 바리기에 활용)

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홍합 족사

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그래핀은 세상에서 가장 얇으며 단단한 물질이다. 그래핀의 특성 중 하나는 두께가 매우 얇다는 것이다. 그래핀 몇 억 개를 한데 묶어야 겨우 머리카락 굵기가 된다고 한다. 또 고무처럼 구부러지기도 하고, 도르르 말아도 깨지지 않는다. 기존의 물질에 단단함을 더할 수 있고 전기가 통하지 않던 물질을 도체로 바꿀 수 있다. 특별한 성질 때문에 응용 분야가 많기 때문에 과학계에서 주목받고있다.
그래핀은 연필심으로 쓰이는 흑연의 구성 물질이다. 흑연을 관찰하면 탄소 원자들이 육각형으로 연결되어 마치 벌집처럼 보인다. 벌집 모양의 얇은 판이 층층이 쌓아올려진 구조인데, 그래핀은 흑연을 이루는 여러 층 가운데서도 가장 얇은 막 한 겹을 떼어 낸 것이다. 그래핀은 전선을 만드는 구리보다 전류가 100배나 더 빨리 이동한다. 다이아몬드는 자연계에 존재하는 여러 물질 중에서 열전도율이 가장 높다. 그래서 전자 제품에 쓰이는 반도체에서 발생하는 열을 방출하는 역할을 하는 데 최고의 물질로 꼽힌다. 하지만 그래핀은 이런 다이아몬드보다도 열전도율이 2배나 더 높다.

① 미래형 태양전지 : 그래핀은 전기를 빨리 흐르게 하는 성질이 있어서 미래형 태양전지를 개발하는 데 중요한 역할을 한다.
② 초강력 자동차 : 다른 물질에 그래핀을 섞으면 더 튼튼하고 가벼운 물체를 만들 수 있다. 자동차뿐 아니라 다양한 운송 수단에 활용이 가능하다. 전기자동차의 경우 그래핀을 사용해 차체를 만들면 전자파로부터 운전자를 보호할 수 있다.
③ 특수 섬유 : 그래핀이 첨가된 플라스틱으로 섬유를 만들 수 있다. 이러한 섬유로 등산복이나 운동복, 방탄조끼 등 특수한 용도의 옷을 만들 수도 있다.
④ 전자 종이 : 그래핀을 활용하면 전자 종이뿐 아니라 전자 지폐를 만드는 것도 가능하다.
⑤ 팔찌형 휴대 전화 : 더 이상 휴대 전화를 손에 들고 다니지 않아도 된다. 전면이 투명한 화면으로 된 팔찌형 휴대 전화는 손목에 차고 다닐 수 있어 더욱 편리하다.
⑥ 가벼운 비행기 : 그래핀과 플라스틱의 한 종류인 에폭시를 섞은 복합 물질로 비행기를 만들면 비행기 무게를 줄일 수 있어 연료를 줄일 수 있고, 금속처럼 녹슬지 않아 유지 비용도 줄일 수 있다.
⑦ 접는 컴퓨터 : 그래핀의 성질을 이용하면 투명하고 얇으며 접을 수 있는 디스플레이를 만들 수 있다. 디스플레이란 휴대 전화, TV, 컴퓨터 모니터처럼 특정 화면에 글자나 그림을 띄우는 기구를 말한다.

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1. 반도체
특징: 전기전도도가 도체와 부도체의 중간정도인 물질
절연체에 가까운 규소와 같은 순수한 반도체에 불순물을 추가해  전기전도성이 증가됨

이용:
1.냉장고, 에어컨, 화재방지장치 (온도에 따라 저항이 변하는 성질)
2. 자동조명, 조도계 (빛의 밝기에 따라 저항이 변하는 성질)
방송, 전화 (압력에 따라 저항이 변하는 성질)

2. 개코도마뱀 발바닥
특징: 발바닥 틈 사이의 튀어나온 부분에는 수억 개의 미세한 가느다란 털이 밀집되면서 벽에 불을 수 있다.

이용: 1.게코테이프( 발가락 표면에 잇는 주걱형태의 나노털을 테이프 표면에 모방하여 벽에 잘 붙음.)

2.도마뱀 집게 ( 우주선을 정비하거나 검사하는 일을 맡길 계획이며, 우주 쓰레기를 수집하여 버리는 일도 할 수 있음)

[출처] 게코 도마뱀 발바닥 모사 로봇|작성자 exoterra

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그래핀

graphene

탄소 동소체 중 하나인 그래핀(graphene)에 있어서 탄소 원자들은 육각형의 꼭짓점에 존재하며(sp ² 결합) 넓게 퍼진 육각형 벌집 모양의 2차원 평면 결정 구조를 이룬다. 그래핀은 원자 한 개 두께로 이루어진 막으로 안정적인 구조로 존재한다. 그래핀의 두께는 0.2nm 정도이지만 물리적 화학적 안정성이 높다.¹⁾
그래핀 구조
그림에는 여러 가지 탄소 동소체의 구조가 나와 있다. 탄소의 다른 동소체에는 흑연, 탄소 나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 등이 있다. 그래핀은 동일한 결합구조이지만 여러 층이 겹쳐 있는 흑연과는 다른 특성을 보인다.

탄소 동소체의 구조: a) 다이아몬드 b) 흑연, c) 풀러렌, d) 그래핀, e) 비결정성 탄소, f) 탄소나노튜브 (출처와 출처를 발췌해서 편집)

그래핀 발견
2004년 러시아의 물리학자 가임(Andre Konstantin Geim)과 노보셀로프(Sir Konstantin Sergeevich Novoselov)가 연필심에 투명 테이프를 붙여 떼어낸 뒤, 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 유리 테이프로 떼어내는 방식(물리적 박리법)으로 그래핀을 최초로 분리하였다. 2010년 그들은 그래핀을 분리해낸 공로로 노벨 물리학상을 받았다.²⁾ ³⁾

그래핀 성질
그래핀은 얇고 가벼우면서 내구성이 좋고, 독특한 물리적 화학적 성질 때문에 활용 범위가 넓다. 그래핀은 매우 높은 전성, 전자 이동도⁴⁾⁵⁾, 높은 열 전도도⁶⁾, 큰 영계수(Young coefficient)⁷⁾를 가지고 있으며 이론적 비 표면적도 크다. 또한 한 층이기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 적어 550nm에서 투과율이 97.7%이다.⁸⁾
그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체인 단결정 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

응용 분야
그래핀은 기존의 전도성 소재와 필름재 등을 대체할 가능성이 있으며, 그래핀을 이용한 완제품 및 생산 및 검사에 필요한 장비들의 시장 규모가 늘어날 것으로 보인다.
그래핀은 가벼우면서 내구성 강한 물체를 만들어 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용한다. 그래핀의 강도로 섬유를 만든다면 가장 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있다는 점에서 이를 이용한 탄소 섬유가 주목받고 있기도 하다.
그래핀 나노 소재는 다양한 성능을 가지기에 그 응용 분야는 무궁무진하다. 특히 뛰어난 강도, 열전도율, 전자이동도 등이 요구되는 디스플레이, 2차 전지, 태양 전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 응용되어 핵심 소재로서 주목받고 있다. 투명 전극 재료는 가시광선 영역에서의 투과율이 80% 이상이면서 전기적 특성을 만족시켜야 하며 전하가 충분하고 이들 전하가 쉽게 움직일 수 있는 구조로 되어 있어야 한다. 투명 전극에 그래핀을 활용할 경우 면 저항의 크기에 따라 다음과 같은 분야에 사용된다.

10~100 Ω/sq - OLED 디스플레이 및 태양전지

∼100 Ω/sq - PDP 광학필터 및 전자차폐제

∼500 Ω/sq - 터치스크린 등

그 외 그래핀의 응용 분야로는 방열 필름, 코팅 재료, 초박형 스피커, 바닷물 담수화 필터, 2차전지용 전극, 초고속 충전기 등 다양하다.

제조법
가임과 노보셀로프가 그래핀을 최초로 분리해 낸 흑연을 스카치테이프에 붙인 후, 그것을 떼었다 붙이기를 반복하는 방법을 물리적 박리법이라고 부른다. 이 방법으로 그래핀의 존재를 증명할 수 있었지만, 넓은 면적의 그래핀을 만들 수는 없다. 산업적으로 그래핀을 대량생산할 수 있는 다양한 방법들이 연구되어 왔지만, 아직 만족할만한 실용화는 이루지 못하고 있다.
물리적 박리법
물리적 박리법은 여러 층으로 구성된 흑연 결정에서 기계적인 힘으로 한 층을 벗겨내어 그래핀을 만드는 방법이다. 연필로 종이에 글씨를 쓸 때 흑연의 얇은 막이 종이에 입혀지듯이 물리적 힘을 이용해 흑연 결정으로부터 한 겹씩 그래핀을 생성시킨다. 상대적으로 필요한 에너지가 낮지만, 넓은 면적으로 만드는 것이 불가능하며 결함 비율이 높고 대량 생산이 불가능하다는 단점이 있다.
화학 증착법
화학 증착법(chemical vapor deposition)은 뛰어난 결정질을 갖는 단층 내지 수층 정도의 그래핀을 넓은 면적으로 얻는 방법이다. 그래핀을 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태 탄소 전구체를 흡착-분해(또는 반응)하여 탄소 원자를 분해하고 탄소 원자들이 서로 결합하게 만들어 그래핀으로 성장시키는 방법이다.
촉매 없이 흑연과 같은 sp ² 결합구조를 가진 탄소 구조체를 합성하기 위해서는 매우 높은 온도와 압력이 필요하다. 높은 결정질의 그래핀을 낮은 온도(~1273K)에서 합성하기 위해서는 촉매가 필요하며, 가장 많이 사용되는 전이 금속 촉매는 구리와 니켈이며, 그 외 금, 백금, 루테늄 ⁹⁾, 저마늄 ¹⁰⁾, 철 ¹¹⁾, 이리듐 ¹²⁾ 등이 사용된다.
화학적 박리법
화학적 박리법은 흑연의 산화-환원 특성을 활용한 방법이다. 먼저 흑연을 강산과 산화제 등으로 산화시켜 산화 흑연(graphite oxide)을 만든다. 산화 흑연은 강한 친수성이어서 물 분자가 면 사이에 쉽게 끼어들기 때문에 물과 닿으면 잘 침투한다. 이 결과 면 사이 간격이 커져 교반이나 초음파 분쇄기를 장시간 이용하면 쉽게 박리시킬 수 있다.
화학반응 과정은 먼저 미세한 흑연 결정을 강한 황산과 질산 혼합물에 넣어 그래핀의 가장자리에 카복실 화합물(graphene-COOH)을 결합한다. 이를 그래핀 아마이드로 만들고 테트라하이드로푸란, 테트라클로로메탄, 다이클로로에탄 같은 용액을 이용해 회수하면 그래핀이 생성된다.
에피텍셜 성장법
에피텍셜 성장법(epitaxial growth)은 실리콘 카바이드(SiC)와 같이 탄소가 결정에 흡착되거나 포함된 재료를 약 1,500℃에서 열처리하여 그래핀을 만드는 방법이다. 열처리 공정 중 탄소가 실리콘 카바이드 표면의 결을 따라 성장하면서 그래핀이 형성된다. 에피텍셜 합성법은 직접 원하는 위치에 그래핀을 성장시킬 수 있는 장점이 있지만, 재료가 비싸고 제작이 어렵다는 단점이 있다. ¹³⁾

참고 문헌

Antonio H. Castro Neto, Lecture Notes in Physic, 843, 117-144 (2012), doi=10.1007/978-3-642-10449-7_3|arxiv=1004.3682, 'Selected topics in graphene physics'

서순애, 물리학과 첨단기술, 19(10), 6-10, (2010), doi=10.3938/PhiT.19.060, '그래핀의 매력: 새로운 물리현상의 보고

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탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 원통형 모양의 나노 구조를 지니는 탄소의 동소체이다. 탄소 나노튜브는 1991년 일본 전기 회사(NEC) 부설연구소의 이이지마(Iijima) 박사가 전기 방전법에 의해 풀러렌(fullerene)을 합성하면서 흑연 음극상에 형성된 탄소 물질을 투과 전자 현미경으로 분석하는 과정에서 발견되었다.

탄소 나노튜브는 인장 강도와 탄성률의 측면에서 지금까지 발견된 물질 중 가장 단단하고 강한 물질이며, 이는 탄소 원자들 사이에 형성된 sp ² 공유 결합 때문이다. 2000년, 다중벽 탄소나노튜브는 63 기가 파스칼(GPa)의 인장 강도를 가지고 있다는 것이 실험을 통해 증명되었다. 이후 이어진 2008년의 실험에서, 각각의 탄소 나노튜브 껍질들은 100 GPa 이상의 강도를 가지고 있다는 것이 밝혀졌다.

전기적인 성질

전기적인 특성으로는 탄소 나노튜브의 축에 대해 감긴 형태(chirality)에 따라 금속(metallic) 혹은 반도체(semiconducting)의 특성을 다양하게 나타낸다. 금속성 탄소 나노튜브의 경우 구조적인 특성에 의해 전자가 산란되지 않고 길이 방향으로 잘 전달될 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브는 큰 음향양자(phonon)를 나타내며 이로 인해 열전도도가 6000 W/(m·K)로써 높은 값을 가진다. 탄소 나노튜브에 전기를 흘리면 LED(발광 다이오드)보다 효율이 100배 이상 높은 빛을 낸다.

활용 :
현재는 주로 전기전도성을 요하는 정전기 방지용 고분자 복합 소재의 상용화가 이루어지고 있으며, 향후 2~3년 내에 고 전기전도성을 요구하는 전자파 간섭(Electromagnetic interference; EMI) 차폐용 복합소재가 상용화될 전망이다.
CNT 발열 및 방열 복합 소재 시장도 상용화가 시작되어 LED (Light Emitting Diode) 조명 적용 시장이 증대될 것으로 예상된다.
경량/고강도 복합 소재는 골프 클럽헤드, 알루미늄 부품 적용 등 일부 스포츠 용품을 중심으로 시장에 출시된 적은 있지만, 아직은 시장이 크지 않다. 그러나 향후 5년 내에 자동차 및 항공기의 내외장재에 사용될 가능성이 매우 크므로 이 분야의 사업화 전망이 밝다고 예측된다.

단일벽 나노튜브를 이용한 저가형 투명 전도성 필름의 상업화가 이루어졌으며, 모바일 기기의 급격한 증대와 맞물려 시장 확대가 예상된다.

다중벽 나노튜브를 이용한 정전기 방지용 도료의 상용화가 이루어졌으며, 향후 2~3 년내 에 고전도성을 요구하는 EMI 차폐용 도료의 출시가 가능할 것으로 생각되며, 이와 더불어 방열 도료도 매우 유망한 분야로 떠오르고 있다.

리튬 이온 전지의 양극에 전도성 충진제로 쓰이는 카본 블랙을 대체하는 분야가 가장 유망한 분야로 떠오르고 있다.
현재 주요 전지 업체들이 CNT를 양극 첨가재로 사용하여 특성이 개선된 리튬 2차 전지를 개발하였으며, 향후 급격한 시장 확대가 예상되는 모바일 기기, 전기 자동차 등에 사용이 예상된다.

[네이버 지식백과] 탄소 나노튜브 [carbon nanotube] (화학백과)

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-네오디뮴 자석
지구상에서 가장 널리 사용되는 희토류 자석이다. 네오디뮴과 철 및 붕소를 2:14:1의 비율로 분말 야금법으로 합금하여 만든다.
특징)1.지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력을 지니고 있다.
2. 온도계수가 낮아 열에 따라 자성이 쉽게 약해지는 단점이 있다.

-파리 비행
파리는 1초에 날개를 250번 이상 움직이면서 자유자재로 비행하여 쏜살같이 날아갔다가 공중에 정지하기도 하며 아무 데나 쉽게 앉을 수도 있다. 미국에서는 이러한 파리의 특성을 연구해 2cm의 날개, 무게는 0.1g, 1초에 200번 날갯짓해서 3m를 나는 초소형 무인 비행체 MAV(Micro Air Vehicle)를 개발하였다.

-홍합 족사
홍합은 ‘족사’라는 액체 단백질을 분비하는데요, 홍합 하나가 분비하는 족사의 양으로 약 125kg의 무게를 들어 올릴 수 있다.
또한, 족사는 접착력이 뛰어나 웬만한 화학 접착제보다 더 강력하고 재생 및 흉터 예방에 탁월한 효과가 있다.

-공작 깃털
공작의 깃털에 영감을 받아 자외선을  이용해서 광고 문구가 바뀌는 옥외 광고판을 개발했다.

[출처: 네이버 지식 백과]

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상어비늘 특징 : 과학자들은 

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상어비늘 특징 :
과학자들은 상어 지느러미 비늘에 있는 미세돌기가 마찰저항을 감소시킨다는 사실을 알아냈다. 이 미세돌기가 물과 충돌하며 만들어내는 작은 소용돌이들이 표면을 흐르고 지나가는 큰 물줄기를 막아주는 '코팅제' 역할을 해서 표면 마찰력을 줄여준다고 한다. 매끄러운 면일수록 유체 저항이 적다는 기존의 상식을 뒤엎는 결과이기도 하다.

상어비늘 이용 :
상어의 비늘처럼 삼각형 돌기가 있는 전신 수영복이다. 이 수영복을 착용하고 수영을 하면 몸의 표면에 작은 소용돌이가 발생해 추진력이 떨어지게 된다. 소용돌이가 발생하게 되면 수영복에 있는 리블렛 구조가 몸의 표면의 소용돌이를 빠르게 떨어져 나가게 도와주면서 추진력 손실을 줄여 반대로 속도를 높여준다.

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초전도체의 특징 :
매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체이다. 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있어 자석 위에 떠오르는 자기부상현상을 나타낸다.

초전도체는 20K인 영하 253℃ 밑으로 내려가야 초전도 현상이 일어나게 되어서 낮은 온도를 계속해서 유지를 해야 하는 이유가 있기에 비용이 많이 든다는 단점을 가지고 있다.

초전도체의 이용:
이런 초전도체를 이용하는 곳으로는 전력 손실이 거의 없는 송전선과 초전도 자석 또는 에너지 저장 장치에 사용을 하고 있으며

자기 부상 열차와 자기 공명 영상 장치인 MRI에도 이용을 하는 신소재가 있다.

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반도체 특징 : 반도체는 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물의 첨가에 의해 전기전도도가 늘어나기도 하고 빛이나  열에너지 에 의해 일시적으로 전기전도성을 갖기도 한다.

활용분야:자동차, 에너지, 의료 환경 등 다양한 분야와 융합이 되고 있습니다. 5G이동통신, 심해저해양플랜드, 자동차, 로봇, 스마트기기, 실감형콘텐츠, 재난관리시스템, 신재생에너지하이브리드 등 다양하게 쓰입니다.

게코 도마뱀 발 특징:  게코도마뱀 발바닥 틈 사이의 튀어나온 부분에는 수억 개의 미세한 가느다란 털이 밀집되면서 벽에 붙을 수 있다
미세한 털은 직경 200nm크기로 천장이나 뱍에 븥을 수 있는 힘을 가진다
이는 접착 물질 없이 수 억 개의 미세한 나노털이 반데르 발스 힘을 발생했기 때문이다
활용분야:고분자 물질과 아미노산 물질을 함께 쓰는 접착제 (현재 개발 중)
전도성 접착 패드 (생체정보를 측정하거나 전자소자를 자유자재로 붙일 수 있는 의류나 인공피부에 응용 가능}

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특징
게코도마뱀의 발바닥은 길이 50~100마이크로미터의 강모 수백만개로 덮여있고, 이 강모에 또 지름 200~500 나노미터의 섬모가 붙어 있다. 발을 붙였을 때 강력하게 붙으면서 떼어낼 때는 흔적없이 분리되는 것이 특징이다.

이용
탄소나노튜브털을 이용, 게코 도마뱀의 강모를 흉내낸 '게코 테이프'가 개발됐고 2006년에는 유리벽을 수직으로 올라갈 수 있는 도마뱀 로봇인 '스티키봇(Stickybot)'이 국내 과학자에 의해 개발되기도 했다.
출처 로봇신문사
반도체 특징
특징
반도체는 매우 낮은 온도에서는 부도체처럼 동작하고 실온 에서는 도체처럼 동작한다. 다만 반도체는 부도체처럼 동작할 때와 도체처럼 동작할 때 각각 부도체나 도체와 다른 점이 있다. 부도체와의 차이점으로는 띠틈이 커 전자가 전도띠 로 잘 올라가지 못하는 부도체와 달리 에너지 띠간격이 충분히 작아 실온에서 전자가 쉽게 전도띠로 올라갈 수 있다는 점이 있으며 도체와의 차이점으로는 절대 영도
에서 가장 윗부분의 전자띠가 도체처럼 일부만 차 있는 것이 아니라 가득 차 있다는 점이 있다.
이용
휴대폰과 같은 각종 전자기기에 이용된다
특히 산업분야에서 널리 사용되고 있다
출처 위키백과, 삼성 반도체이야기

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1. 네오디뮴 자석
지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력을 지니고 있다. 자석의 세기는 자석에 포함된 철 원자 하나하나가 S극과 N극의 방향이 어느 정도 정렬되어 있느냐에 따라 결정되는데, 네오디뮴 자석은 철 원자의 방향이 잘 흩어지지 않기 때문에 네오디뮴 자석이 강력한 것이다.
네오디뮴 자석은  공기 중에서 쉽게 부식되기 때문에 부식을 방지하기 위해 내식성이 강한 금속(니켈, 아연 등)으로 도금을 한다.
네오디뮴 자석은 작은 크기에 강한 자력이 필요한 곳에서 다양하게 활용되고 있다. 음향기기, 모터 등등에서 사용되고 있다.

2. 파리 비행
파리는 1초에 날개를 250번 이상 움직이면서 자유자재로 비행하여 쏜살같이 날아갔다가 공중에 정지하기도 하며 아무 데나 쉽게 앉을 수도 있다. 미국에서는 이러한 파리의 특성을 연구해 2cm의 날개, 무게는 0.1g, 1초에 200번 날갯짓해서 3m를 나는 초소형 무인 비행체를 개발하였다.

3. 홍합 족사
홍합이 강한 조류를 버티고 바위에 붙어 살 수 있는 이유는 홍합에서 나오는 접착성이 강한 단백질성 섬유 다발인 족사 때문이다.
홍합의 접착에는 도파라는 아미노산의 역할이 중요하다. 도파 아미노산과 철 이온이 결합할 때, 이 결합은 구조와 특성을 원래대로 유지하려는 자가복원 특성을 가지고 있어 접착단백질이 더 잘 작용할 수 있도록 기여한다.
홍합 접착단백질은 지구상의 물질 중 유일무이하게 수중 접착이 가능하다고 한다. 플라스틱, 유리, 금속, 생체 물질 등의 다양한 물질의 표면에 접착할 수 있다고 한다. 생체 내에서 인간세포를 공격하거나 면역반응을 일어키지 않아 생체친화적이기 때문에 이것을 이용해 의료접착제를 개발해 낼 수 있다.

4. 공작 깃털
알록달록한 공작의 깃털은 사실 흰색이다.  공작의 깃털이 알록달록해 보이는 이유는 공작의 깃털을 구성하는 나노입자가 오팔구조를 갖기 때문이다.
오팔구조를 갖는 물체는 들어온 빛이 빈 공간을 반복적으로 통과하면서 빛의 파장을 중첩시키기 때문에 더 뚜렷한 색상을 나타내는데, 빛의 파장이 짧으면 파란색, 길면 빨간색을 띤다.
오팔구조는 반도체칩, 의료분야 등에서도 이용할 수 있다.

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반도체
특징 : 반도체는 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물의 첨가에 의해 전기전도도가 늘어나기도 하고 빛이나  열에너지 에 의해 일시적으로 전기전도성을 갖기도 한다.
고체 또는 액체일 수 있으나 보통은 고체이다. 반도체의 특징은 전기저항의 대소보다는 온도의 상승과 더불어 저항률이 증가되는 금속과는 달리, 일정 온도 범위 내에서 오히려 저항률이 감소하게 되는 데 있다.
또한 반도체의 저항률은 빛의 조사(照射), 전자의 주입, 전계(電界)의 인가(印加), 재료의 순도, 제조 또는 가공방법 등에 따라서 도체나 절연체의 경우보다 심하게 변화하는 특성을 지닌다.

게코도마뱀 발
게코도마뱀의 발에는 무수히 많은 섬모로 인해 반데르발스의 힘이 작용한다고 알고 있습니다. 그래서 강학한부착력을 가지고요 그런데 강한 부착력을 가지는 반대방향으로는 쉽게 때어지는 이유가 궁금합니다.

네, 맞습니다. 도마뱀붙이의 발바닥이 접착력만 있고 분리기능이 없다면 이동이 불가능해서 금방 천적에게 잡아먹히고 말겠죠.  그래서 게코도마뱀(도마뱀붙이)의 발바닥은 경이로운 접착력만큼이나 신속한 분리기능이 있는데, 이것은 어찌나 정교한지 현대의 눈부신 과학기술로도 감히 흉내낼수 없다고 합니다.

(특히 접착기능은 어느정도 흉내낼 수 있으나, 도마뱀처럼 수십번을 다시 떼어내도 기능이 변하지 않는 기술은 불가능하다고 합니다)

그리고 여러 과학자들의 끈질긴 연구로 게코도마뱀의 발바닥 접착력이 분리되는 매카니즘은 이해하게 되었는데 메카니즘은 의외로 간단하다고 합니다.

발바닥에서 접착력을 없애고 신속히 분리할 경우에는 발바닥의 미세한 강모(센텔 setale)를 접착부분의 마찰력에 부합하게 아래 그림처럼 생긴 강모를 정확한 각도로 오무렸다 폈다를 하므로써, 표면과의 접착력의 크기에 절대적인 영향을 미치는 표면과의 틈새가 벌어지게 하여 반데르발스의 힘의 크기를 조절하게 된다고 합니다. 그런데 발바닥의 강모의 운동은 무려 1000분지 15초 안에 빠르게 반응하여 그만큼 발바닥이 쉽게 떼어지게 하거나 붙게 한다고 합니다.

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초전도체란

매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체이다. 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있어 자석 위에 떠오르는 자기부상현상을 나타낸다.

초전도체의 특징

초전도체는 직류 전류에 대해 저항이 전혀 없는 완전도체이다. 가령, 예를 들어, 아래 그림과 같은 초전도체로 된 고리에 전류를 흘려 주면, 초전도체를 따라 흐르는 초전류는 감쇠하지 않고 영원히 흐르게 된다.

초전도체를 이용하는 곳

이런 초전도체를 이용하는 곳으로는 전력
손실이 거의 없는 송전선과 초전도 자석
또는 에너지 저장 장치에 사용을 하고 있으며
자기 부상 열차와 자기 공명 영상 장치인
MRI에도 이용을 하는 신소재라고 한다

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초전도체
ㄴ초전도체란? 초전도 현상이 일어나는, 다시 말해 특정 조건(일정 온도 이하, 일정 통전전류 이하, 일정 자장 이하)에서 전류에 대한 저항이 0이며 반자성을 띠는 물질.->단순히 전기 저항이 0인 것 뿐만 아니라 주변 자기장을 완전히 상쇄하는 완전 반자성(마이스너 효과)이 존재해야 초전도체라 할 수 있다.
ㄴ초전도체 특징
L자기장을 차단하는 특성이 있어 자석 위에 가까이 가져가면 자석 위에 떠 있게 됨(마이스너 효과)
L저항이 없어 전류가 흘러들어도 전력 손실이 전혀 발생하지 않음->대량의 전기를 손실없이 저장하거나 송전이 가능함(전기 저항을 제로를 나타내는 성질=제로저항 효과)
L두 장의 초전도체 사이에 절연체를 끼워 넣으면 전류가 0에서부터 일정한 전류값에 이르기까지 전압이 발생하지 않는다(는 이론) (죠셉슨 효과)
L완전 도체, 초전도 상전이, 런던 모멘트(너무 길어지므로 설명 생략)
ㄴ초전도체 이용분야
L많은 분야에서 활용되고 있음. 저손실 고밀도 송전이 가능해 초전도선 전력케이블 개발이 활발하며 초전도코일을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 방법도 연구 중임.
L국내에서도 초전도자기 에너지저장장치에 대한 연구가 진행되고 있으며 여기에 2세대 고온초전도선이 사용될 예정

상어 비늘
ㄴ피부를 현미경으로 확대해보면 리블렛이라고 불리는 갈비뼈 모양의 미세돌기가 돋아나 있음
ㄴ상어 지느러미 비늘에 있는 미세 돌기가 마찰저항을 감소시킨다. 이 미세돌기가 물과 충돌하며 만들어내는 작은 소용돌이들이 표면을 흐르고 지나가는 큰 물줄기를 막아주는 '코팅제'역할을 하여 표면 마찰력을 줄여 줌
ㄴ리블렛은 수영할 떄 몸 주변에서 발생하는 소용돌이를 밀어내는 역할을 하여 최대 8%까지 마찰 저항을 줄임으로써 더 빠른 속력으로 헤엄칠 수 있도록 함
ㄴ이러한 리블렛은 공기나 물의 저항을 줄일 필요가 있는 자동차의 타이어, 잠수함, 비행기, 수영복 등에 이용되고 있음
ㄴ독일과 미국에서는 상어 비늘처럼 각진 돌기가 돋아있눈 코팅제를 개발해 선박에 활용하려고 하고 있음
ㄴ이 독특한 구조는 상어가 헤엄을 치면 비늘이 흔들리면서 표면이 불안정해지기 때문에 기생충이 자리 잡을 수 없게 함. 한 회사는 이 구조를 연구하여 세균 번식을 저해하는 패턴을 개발했고, 이는 병원 시설물, 화장실 벽면, 문손잡이 등에 사용이 되며 청결한 환경을 제공할 뿐 아니라 청소를 위해 사용되는 독한 세정제와 항생제의 사용을 줄이는 효과를 가져온다고 함.

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그래핀2004년 러시아의 물리

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그래핀
2004년 러시아의 물리학자 가임(Andre Konstantin Geim)과 노보셀로프(Sir Konstantin Sergeevich Novoselov)가 연필심에 투명 테이프를 붙여 떼어낸 뒤, 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 유리 테이프로 떼어내는 방식(물리적 박리법)으로 그래핀을 최초로 분리하였다

그래핀은 얇고 가벼우면서 내구성이 좋고, 독특한 물리적 화학적 성질 때문에 활용 범위가 넓다. 그래핀은 매우 높은 전성, 전자 이동도, 높은 열 전도도, 큰 영계수(Young coefficient)를 가지고 있으며 이론적 비 표면적도 크다. 또한 한 층이기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 적어 550nm에서 투과율이 97.7%이다.

그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체인 단결정 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

디스플레이 및 태양전지
PDP 광학필터 및 터치스크린 등에 활용할 수 있다.

[네이버 지식백과] 그래핀 [graphene] (화학백과)

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-초전도체-

초전도 전이 온도(superconducting transition temperature, Tc)라고 하는 특정 온도 이하에서 모든 전기 저항을 상실하는 물질을 초전도체(superconductor)라고 하며, 이 현상은 1911년에 네덜란드의 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해서 처음으로 발견되었다. 일반적으로 구리나 은과 같은 금속성 도체(metallic conductor)의 전기 저항은 온도가 낮아짐에 따라 점차 감소한다. 그러나 초전도체의 경우에는 Tc 이하로 냉각되면 갑자기 저항이 0인 완전 도체(perfect conductor)가 되고, 한 번 발생한 전류는 에너지 손실 없이 무한히 흐르며, 특징적으로 외부의 자기장(magnetic field)을 배척하는 마이스너 효과(Meissner effect)가 나타난다.

1986년에 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 몇 가지 구리 산화물 세라믹(ceramic) 물질의 Tc가 90K(-183℃) 이상임이 밝혀졌는데, 이러한 물질을 고온 초전도체(high-temperature superconductor)라고 부른다. 이 물질의 발견은 지난 30년 동안 가장 중요한 과학 발전 중의 하나로서, 초전도체는 화학, 물리, 재료 과학 분야에서 수많은 연구를 촉진해 왔으며, 향후 초고속 컴퓨터, 자기 부상 열차, 에너지 손실 없이 송전하는 전력선 개발을 이끌어 갈 것으로 기대되고 있다.

-탄소 나노튜브-

탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 원통형 모양의 나노 구조를 지니는 탄소의 동소체이다. 탄소 나노튜브는 1991년 일본 전기 회사(NEC) 부설연구소의 이이지마(Iijima) 박사가 전기 방전법에 의해 풀러렌(fullerene)을 합성하면서 흑연 음극상에 형성된 탄소 물질을 투과 전자 현미경으로 분석하는 과정에서 발견되었다. 이이지마 박사와 미국 IBM 연구소의 베쑨(Bethune) 등이 전기 방전 시에 Fe, Ni, Co등과 같은 전이 금속을 사용하는 경우, 가장 기본적인 구조인 단일벽 탄소 나노튜브(single-wall carbon nanotube; SWNT)가 만들어짐을 발견하였다.

나노튜브는 원통형 풀러렌 계열의 구조를 지니며, 그래핀이라는 탄소 원자 한 층으로 이루어진 막을 벽으로 하며 길고 속이 빈 튜브 모양으로 만들어졌기 때문에 탄소 나노튜브라는 이름이 붙었다. 그래핀을 둥그렇게 마는 각도에 따라 다른 나노튜브가 만들어질 수 있는데, 이렇게 말리는 각도와 지름에 의해 금속이 될 수도 있고 반도체가 될 수도 있다.

나노튜브는 단일벽 나노튜브와 다중벽 나노튜브(multi-wall carbon nanotube; MWNT)로 나눌 수 있다. 나노튜브는 반데르발스 힘에 의해 여러 가닥이 뭉쳐진 다발형 나노튜브(rope nanotube) 형태로 정렬되는 경우가 많다. 이후, 1994년에 아자얀(Ajayan) 등이 CNT를 첨가제로 사용한 고분자 나노 복합재료를 최초로 보고하였다. 탄소 나노튜브는 높은 유연성(high flexibility)을 가지고 있어서 휘어졌다가 원상복구되기 쉽고, 낮은 중량 밀도(low mass density)를 가지며, 직경이 나노 크기인 반면에 길이는 수 μm에서 길게는 수 mm까지 될 수 있기 때문에 길이:직경비(length/diameter ratio) 즉 종횡비(aspect ratio)가 매우 크다. 탄소 나노튜브의 종횡비는 다른 물질보다 훨씬 큰 132,000,000의 값을 가진다. 탄소 나노튜브의 종횡비는 고분자 나노 복합재료에 첨가제로 사용되는 카본블랙(carbon black), 실리카(silica), 클레이(clay) 등과 같은 기존의 첨가제 재료의 종횡비에 비해 매우 큰 값을 보이는 점이 가장 구별되는 특징이다.

탄소 나노튜브는 기계적, 전기적 그리고 열적 특성이 매우 우수하며 이로 인해 나노 복합재료 제조 분야에서 기존의 첨가제를 대체할 수 있는 혁신적인 물질로 여겨지고 있다. 나노튜브의 화학 결합은 흑연과 같은 sp2 결합만으로 구성된다. sp2 결합은 알케인이나 다이아몬드에서 볼 수 있는 sp3 결합보다 강하며, 탄소 나노튜브의 강도가 매우 높은 것도 이 때문이다.

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게코도마뱀의 발

도마뱀붙이의 발바닥이 접착력만 있고 분리기능이 없다면 이동이 불가능해서 금방 천적에게 잡아먹히고 말겠죠.  그래서 게코도마뱀(도마뱀붙이)의 발바닥은 경이로운 접착력만큼이나 신속한 분리기능이 있는데, 이것은 어찌나 정교한지 현대의 눈부신 과학기술로도 감히 흉내낼수 없다고 합니다.

(특히 접착기능은 어느정도 흉내낼 수 있으나, 도마뱀처럼 수십번을 다시 떼어내도 기능이 변하지 않는 기술은 불가능하다고 합니다)

그리고 여러 과학자들의 끈질긴 연구로 게코도마뱀의 발바닥 접착력이 분리되는 매카니즘은 이해하게 되었는데 메카니즘은 의외로 간단하다고 합니다.

발바닥에서 접착력을 없애고 신속히 분리할 경우에는 발바닥의 미세한 강모(센텔 setale)를 접착부분의 마찰력에 부합하게 아래 그림처럼 생긴 강모를 정확한 각도로 오무렸다 폈다를 하므로써, 표면과의 접착력의 크기에 절대적인 영향을 미치는 표면과의 틈새가 벌어지게 하여 반데르발스의 힘의 크기를 조절하게 된다고 합니다. 그런데 발바닥의 강모의 운동은 무려 1000분지 15초 안에 빠르게 반응하여 그만큼 발바닥이 쉽게 떼어지게 하거나 붙게 한다고 합니다.

벽에 붙어 이동가능한 로봇이 발명됨.

반도체

반도체는 어떤 특별한 조건하에서만 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절하는데 사용된다. 반도체에 가해진 전압이나 열, 조사된 빛의 파장에 따라서 전기전도도 값이 변화된다. 반도체의 전기전도도 값은 절연체의 값보다는 크고, 도체의 값보다는 작다. 온도가 증가함에 따라 도체, 즉 금속의 전기전도도는 감소하는데 비해 반도체의 전기전도도는 증가하는 특성을 보인다.

반도체 물질의 특성은 더해 준 불순물이나 첨가에 따라 달라진다. 이러한 특성으로 인해 반도체는 현대 과학기술 문명의 중심이 되는 전기전자산업에서 가장 핵심적인 요소를 구성하고 있는데, 주로 실리콘(Si)이 반도체 물질로 사용되고 있다. 따라서, 전자산업을 실리콘산업(silicon industry)이라고도 하고, 실리콘산업 관련 회사가 모여있는 미국 캘리포니아 주의 산호세(San Jose) 지역을 실리콘밸리(Silicon Valley)라고도 부른다.

반도체는 우리가 사용하는 휴대폰 등등.. 많은 전자기기에 사용되고 있다.

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1. 네오디뮴 자석
<특징>
지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력을 지니고 있다
녹이 잘 슬어 표면을 니켈로 도금하여 사용한다
온도계수가 낮아 열에 따라 자성이 쉽게 약해지는 것이 단점!
<이용>
컴퓨터의 하드 디스크의 헤드 엑추에이터
자기공명영상(MRI)
스피커와 헤드폰

2. 파리비행
<특징>
파리가 나는 것을 자세히 관찰하여 보면 항속 비행을 비롯하여 선회, 회전, U턴, 8자 비행, 상승하강, 제자리 비행, 후진, 측 방향 비행등 온갖 비행기술을 총동원하여 자유자재로 나는 것을 볼 수 있다
파리의 6개 다리는 어떤 지형에서라도 자연스럽게 이착륙을 할 수 있다
평균곤이라는 특수한 날개로 평형을 감지하여 균형을 잡아준다
<이용>
미국에서 파리의 비행능력을 활용한 비행기를 개발하고 있는데 조지아 기술 연구소는 파리의 비행능력을 닮은 곤충 스파이 비행기인 엔터모터의 개발에 앞장서고 있다.

3. 홍합 족사
<특징>
홍합은 족사라는 액체단백질을 분비한다
홍합 하나가 분비하는 족사의 양으로 약 125 kg의 무게를 들어 올릴 수 있다
족사는 접착력이 뛰어나 웬만한 화학 접착제보다 더 강력하고 재생 및 흉터 예방에 탁월한 효과가 있다
족사는 1만 마리의 홍합에서 1g의 접착제를 추출할 수 있을 정도로 미량으로 생산된다는 단점! 하지만 오늘날에는 연구를 통해 대량 생산 가능!
<이용>
세포용 접착제, 의료용 접착제, 의료용 상처 회복제, 치과용 접착제로 활용
내부 장기를 봉합하는 데도 매우 효과적!
(홍합 접착제는 의료용 봉합실을 사용했을 때와 달리, 면역반응을 일으키지도 않아 인체에 해가 없음)

4. 공작깃털
<특징>
관찰자의 움직임에 따라 수백 갖의 경우로 색이 달라보인다
이런 구조색 현상은 깃털에 있는 정밀하게 배열된 섬세한 홈이 특정한 파장대의 빛을 반사함으로써 나타나는 것으로 밝혀졌다
<이용>
화려한 깃털에서 나타나는 광학 현상을 활용해 초고해상도 컬러 디스플레이 기술을 개발하는데 성공했다

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네오디뮴 자석은 지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력(25~50MGOe)을 지니고 있으며, 가공성이 양호하고 사마륨-코발트 자석이나 알니코 자석에 비해 가격이 저렴하나, 녹이 잘 슬어 표면을 니켈로 도금하여 사용하며, 온도계수가 낮아 열에 따라 자성이 쉽게 약해지는 것이 단점이다. 2000년대 들어 디스프로슘을 미량 첨가하여 온도계수를 200℃까지 높인 네오디뮴 자석이 개발 되었다.

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1. 초전도체

-초전도체란
매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체이다. 내부에는 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밖으로 밀어내는 성질이 있어 자석 위에 떠오르는 자기부상현상을 나타낸다
- 초전도체의 종류
초전도체의 종류에는 저온 초전도체와 고온 초전도체가 있습니다.  저온 초전도체는 상대적으로 낮은 온도에서 초전도 현상이 나타나는 물질을 말합니다. (저온 초전도체 중 가장 높은 온도 9.25K, 즉 -264°C)
고온 초전도체는 상대적으로 높은 온도에서 초전도 현상이 일어나는 물질입니다. 저온 초전도체는 저온으로 만들어주는 데 드는 비용이 너무 많이 들어 경제성이 없었지만, 고온 초전도체를 꾸준한 연구한 덕에 현재는 약 138K(-135°C)까지의 온도에서도 초전도 현상이 나타날 수 있게 되었습니다.
- 초전도체의 응용
자기부상열차
자력을 이용해 차량을 선로 위에 부상시켜 움직이는 열차로 현재 우리나라를 포함하여 여러 나라에서 연구 및 개발하는 중에 있습니다. 일본은 휴가(현재 미자키현) 근처 7km 정도 구간의 철도 시스템을 보통의 초전도체와 액체 헬륨을 사용하여 만들었습니다. 이 열차를 움직이게 하는 데 비용이 많이 들어서 자주 운행은 못하고 있지만, 이 열차는 자기부상식 고속열차의 실물 설명용으로서의 그 역할을 매우 훌륭히 수행하고 있답니다. 실온에서 초전도 현상을 나타내는 물체를 발견해서 이용하게 된다면, 더 저렴한 비용으로 자기부상 고속열차를 타고 보다 빠른 여행을 할 수 있을 것입니다.

2. 상어비늘

상어의 피부에는 비늘이 있습니다.  현미경으로 확대해보면 지느러미 부분에 리블렛이라는 갈비뼈 모양의 미세돌기가 있습니다. 과학자들은 상어 지느러미에 있는 미세돌기가 마찰 저항을 감소시킨다는 사실을 알아냈습니다. 이 미세돌기가 물과 충돌하며 만들어내는 작은 소용돌이 들이 표면을 흐르고 지나가는 큰 물줄기를 막아주는 코팅제 역할을 하여 표면마찰력을 줄여주기 때문입니다.  우리는 상식적으로 매끄러운 면이 저항이 가장 적다고 생각하는데 이를 뒤엎는 결과가 나온 것입니다.
가장 잘 알려진 상어비늘의 적용 사례는 수영복입니다 . 수영선수들이 물의 저항을 덜 받기 위해서 리블렛이 있는 전신 수영복을 입고 대회에 출전하여 3관왕에 올랐습니다. 하지만 지금은 이 수영복이 지나치게 많은 신기록을 낸다는 이유로 국제 대회에서 금지하고 있다고 합니다.
https://youtu.be/6oN1-NCNm78

출처
[네이버 지식백과] I am Superconductor! (과학선생님도 궁금한 101가지 과학질문사전, 2011. 7. 30., 의정부과학교사모임)
[네이버 지식백과] 초전도체 [superconductor, 超傳導體] (두산백과)

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초전도체란 무엇일까? [핫클립] / YTN 사이언스

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그래핀

[ graphene ]

탄소 동소체 중 하나인 그래핀(graphene)에 있어서 탄소 원자들은 육각형의 꼭짓점에 존재하며(sp2 결합) 넓게 퍼진 육각형 벌집 모양의 2차원 평면 결정 구조를 이룬다. 그래핀은 원자 한 개 두께로 이루어진 막으로 안정적인 구조로 존재한다. 그래핀의 두께는 0.2nm 정도이지만 물리적 화학적 안정성이 높다.1)

[네이버 지식백과] 그래핀 [graphene] (화학백과)

그래핀은 얇고 가벼우면서 내구성이 좋고, 독특한 물리적 화학적 성질 때문에 활용 범위가 넓다. 그래핀은 매우 높은 전성, 전자 이동도4)5), 높은 열 전도도6), 큰 영계수(Young coefficient)7)를 가지고 있으며 이론적 비 표면적도 크다. 또한 한 층이기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 적어 550nm에서 투과율이 97.7%이다.8)

그래핀을 다른 물질과 비교해보면, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체인 단결정 규소보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

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네오디움 자석 출처 네이버 지식인

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네오디움 자석 출처 네이버 지식인

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원자번호 60

원소기호 Nd

원자량 144.242g/mol

발견자 벨스바흐(오스트리아, 1885)

전자배치 [Xe]4f46s2

실온상태 고체

녹는점 1024 ℃

끓는점 3074 ℃

밀도 7.01 g/cm³

전기음성도 1.14

존재비 지각 41.5ppm

산화상태 2, 3, 4

천연 동위원소 수 7: 142Nd(27.2%), 143Nd(12.2%), 144Nd(23.8%), 145Nd(8.3%), 146Nd(17.2%), 148Nd(5.7%), 150Nd(5.6%)

원소명 어원 [그리스어]neos(새로운) didymos(쌍둥이)

겉보기 및 특성 무른 은색 금속.

생산 또는 합성 모나자이트와 희토류광에서 추출 분리.광석에서 경 희토류 원소의 10~18%차지.

주요 용도 네오디뮴 자석(가장 강한 영구 자석), 고출력 레이저, 광 변색 유리 등.

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10524 심보영

○그래핀

그래핀은 탄소원자로 이루어진 얇은 막이다.

얇고 가벼우며 내구성이 좋고 독특한 물리적 화학적 성질 때문에 활용 범위가 넓다. 높은 전성, 전자 이동도, 열 전도도, 큰 영계수를 가지고 있다. 또한 한 층이기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 적다. 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

이런 특징들로 그래핀은 전도성 소재와 필름재 등을 대체할 가능성이 있다. 가볍고 내구성이 강해 비행기나 자동차, 건축자재 등에 사용되고 강도가 커서 섬유를 만든다면 가볍고 안전한 전투복과 방탄복을 만들 수 있다. 또한 태양 전지, 광학필터 및 전자차폐제, 터치스크린 등에 사용될 수 있어서 핵심 소재로서 주목받고 있다.

https://youtu.be/Z4ztvmD3T00

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* 네오디뮴 자석지구상에서 가

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* 네오디뮴 자석
지구상에서 가장 널리 사용되는 희토류 자석이다.
네오디뮴과 철 및 붕소를 합금하여 만든다.
자석 가운데 가장 강한 자력
녹이 잘 슬어서 니켈로 도금한다.
-활용: 자기공명영상(MRI), 스피커와 헤드폰, 풍력 발전기, 네오디뮴 자석 장난감

* 파리비행
파리의 크기와 움직임을 이용하여 민첩하게 움직이는 소형 로봇을 만들었다
https://www.youtube.com/redirect?event=video_description&redir_token=QUFFLUhqbXI4YTMyNmZ1NktNVnNFd3ZTNG5OTUFHSVZ2QXxBQ3Jtc0tuSFB5eVp5UFFENEMtNWFNUTkxcEYxQXE1N3NZMVlqcFpFdzQ3ZVVUQlRpNmtha1BlUURQQ25tdUNpQy14ZnoxSjVWSk83X0E2ampLVmNBZ0NXY0hOOVpLSV9OUHJOZVRMZkFqYUJYWm5GSkNHdDJtSQ&q=http%3A%2F%2Fscience.ytn.co.kr%2Fprogram%2Fprogram_view.php%3Fs_mcd%3D0082%26s_hcd%3D%26key%3D201809201227161028

* 홍합족사
홍합을 지지하고 있는 섬유형태의 족사는 강한 파도가 치는 해안가와 같은 다른 생물이 살기 어려운 환경에서도 바위에 단단히 붙어서 생존한다. 이러한 특성은 홍합 족사의 독특한 구조와 고강도 접착성 때문이다. 이를 이용하여 길이가 길고 가벼우면서도 끊어지지 않는 초경량 초고강도 탄소나노튜브 섬유를 개발했다. 또한 주삿바늘에 코팅하여 출혈을 방지한다.

* 공작깃털
멜라닌이 배열된 구조에 따라 자연광이 반사돼 나타나는 것으로 밝혀졌다. 작은 깃가지 단면을 전자 현미경으로 확대해 살펴봤더니, 이 멜라닌 봉이 배열된 모양과 구조에 따라 자연광 중 반사되는 색이 달랐다. 이를 이용해 광고 문구가 바뀌는 옥외 광고판이 개발되었다.

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1. 자신의 학번, 이름을 제목에 적어주세요.
2. 자신이 맡은 신소재에 대한 자료를 올려주세요!
(방대한 자료를 올리기 보다 주요한 특징과 이용분야에 대해 조사해주세요. 수업시간에 첨부된 파일을 채워넣을 예정입니다. )
3. 관련 사진도 올려도 좋습니다.
4. 조원에게 소개할 수 있도록 설명 할 내용을 연습을 해오세요!

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1. 전문가 집단 활동
(자신이 맡은 신소재와 같은 학생들이 모여서 정보를 교환합니다.)
2. 조원들 가르치기 활동
(자신의 원래조로 돌아가 1,2,3,4번 학생이 조원들을 가르치며 표를 채워넣습니다.)
3. 발표활동 (희망학생)
자신이 조사한 신소재 내용을 1분 가량 발표합니다. (자신의 패들렛 자료 이용)