책 소개
고유가와 에너지 문제의 전략화로 인한 최근 국제정세는 다양한 분야에서 첨단기술의 한 부분인 나노기술이라는 단어를 만들어내고 있다. 우리는 이 나노기술을 이용하여 에너지 문제 해결에 도전하는 연구자 집단이다. 이 책에서는 현재 우리가 다루고 있는 연구 내용을 중심으로 지금까지 얻어낸 연구 성과를 최근의 에너지 문제 및 나노기술과 관련지어 알기 쉽게 소개하고자 하였다. 총 10개 팀에 380명으로 구성된 본 연구팀의 연구원들은 밤낮을 가리지 않고 연구에 몰두하고 있다. 일본 문부과학성과 과학기술진흥기구(JST)는 「환경부하를 최대한으로 감소시킬 환경보전·에너지 고도이용을 실현하기 위한 나노재료·시스템의 창제(創製)」라는 프로젝트를 하나의 전략목표로 삼아, 2002년 11월부터 5년 계획으로 시행하고 있다. 인간 활동에 필요한 에너지를 확보하여 쾌적한 환경을 조성하는 것은, 음식을 먹고 건강을 유지하는 것만큼이나 아주 중요한 과제이다. 본 프로젝트에서는 나노재료나 기능재료를 유효하게 활용하여 환경을 보전하며, 에너지 변환·이용기술의 진전 등을 주된 테마로 삼고 있다. 본 프로젝트는 일본정부의 귀중한 연구비를 지원받아 실시되고 있다. 2006년 가을은 아직 연구가 진행되는 도중이지만, 우리의 연구내용을 널리 알릴 목적으로 본 도서를 출판하게 되었다. 특히 중·고등학생들을 포함하여 다양한 계층의 사람들을 독자층으로 삼아 편집하였다. 중·고등학생들이 자연과학을 기피하는 것은 심각한 문제가 아닐 수 없다. 젊은 층이 조금이라도 과학기술에 대한 관심을 가져줘서 자연과학을 기피하지 않았으면 좋겠다. 문부과학성 백서에 따르면, 초등학교 5학년에서 자연과학을 좋아하는 학생은 전체의 71.9%였는데, 중학교 2학년에 가면 55.0%, 고등학교 2학년에 가면 30%대로 떨어져 버린다고 한다. 또한 최근에는 어른들마저도 자연과학에 흥미를 잃어가고 있다고 한다. 이 같은 자연과학 기피현상을 바로 잡지 않으면, 이 나라는 장래에 위험에 빠질지도 모른다는 위기감을 우리는 가지고 있다. 21세기에 들어선 지금도 이 세계에는 불가사의한 일이나 알지 못하는 일들이 많이 있다. 지금으로서는 미처 예상할 수조차 없는 새로운 개념이 어딘가에 숨어있을 지도 모른다. 지금부터 과학 세계로의 탐구여행을 시작하려 하는데, 이를 계기로 현재의 중·고등학생들 가운데서 과학기술자가 되려는 젊은 사람들이 조금이라도 많아져 세계를 무대로 활약해 주었으면 한다. 옛날에는 생각지도 못했던 일이나 물건들이 지금은 너무 당연한 것으로 생각되고 있는 것처럼, 아직은 연구단계에 있지만 언젠가는 우리가 사는 사회의 엄연한 현실로 자리 잡을 수 있으리라는 것을 이 책을 통해 느낄 수 있게 된다면 더할 나위 없이 좋겠다. 이 책은 과학의 흥미진진함을 실감할 수 있도록 본 연구프로젝트의 연구자들이 알기 쉽게 썼다. 바쁜 시간을 쪼개어 집필해 주신 분들께 감사의 말을 전한다. 특히, 金村聖志 교수님, 工藤昭彦 교수님, 佐?木高義 교수님이 각 장의 내용을 모아 정리해 주셨다. 이 책이 출판되도록 후원해 주신 JST·특별프로젝트 추진실의 佐藤雅之, 野口義博, 및 高木和夫씨 등 관계자 여러분에게 감사드린다. 또한, 편집 작업을 도와주신 사이테크·커뮤니케이션의 靑山聖子씨께 감사드리고, JST에서 본 프로젝트 기술 간사를 맡고 있는 薺藤德良씨, 일러스트 담당의 薺藤綾一씨, 丸善주식회사 출판 사업부의 池田和博씨에게 감사드린다. 2006년 초겨울 JST 연구총괄 후지시마 아끼라(藤嶋 昭)
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제1부___나노기술이야말로 에너지 문제 해결의 열쇠 1. 점점 심각해지는 에너지 문제 20 과학기술의 최종 목적은 무엇인가? … 20 에너지 문제와 나노테크놀로지 … 20 계속 증가하는 에너지 수요 … 21 후지산을 되(升)로 삼아 석유의 양을 계산해 보자 … 22 희소 금속자원도 중요하다 … 26 비교하는 재미 … 27 결코 잊어서는 안 될 태양에너지 … 27 이산화티탄에 의한 물의 광분해 … 29 광촉매로 이용 … 29 2. 나노테크놀로지란 34 나노테크놀로지란 … 34 작게 나누어 구조를 만들다 … 35 원자와 분자로 구조를 만들다 … 37 광촉매 코팅에도 나노테크놀로지가 … 38 에너지 유효이용과 나노테크놀로지 … 39 제2부___태양광을 이용하여 물에서 수소 만들기 1. 가장 친환경적인 클린 에너지 42 ― 솔라하이드로젠 솔라하이드로젠이란 … 42 이치에 맞는 에너지 이용 … 44 두 개의 생산방식 ― 광전극과 광촉매 … 46 솔라하이드로젠은 인류의 미래를 구할 수 있을까? … 47 2. 인공 나뭇잎으로 수소를 만들다 50 ― 광전극에 의한 물 분해 모든 것은 「혼다-후지시마 효과」에서 시작되었다 … 50 광전극의 구조와 메커니즘 … 50 광전극의 두 가지 장점 … 52 복합전극이라는 접근방법 … 54 빛의 펌프작용으로 물을 분해 … 56 복합전극은 2단식 펌프 … 58 효율향상을 저해하는 것 … 59 나노테크놀로지로 재결합을 막다 … 62 3. 물에서 수소를 만드는 마법의 가루 66 ― 광촉매에 의한 물분해 나노 화학공장에서 수소 제조 … 66 물에 넣어 빛을 쪼이면 수소 기포가 발생한다 … 68 가시광으로 물을 완전분해 하려면 … 72 드디어 인공 광합성 성공 … 74 폐기물에서도 수소를 만들 수 있다 … 77 솔라하이드로젠의 실용화를 위하여 … 79 제3부___전기에너지의 미래 1. 전기를 만들고 저장하다 86 2. F1 그랑프리를 목표로 하는 전기자동차 89 전기자동차는 정말 조용해 … 89 개발기술은 어디까지 왔나 … 89 쌩쌩 달리려면 … 92 리튬이온전지의 출력밀도를 높인다 … 96 리튬이온전지로부터 대전류를 얻는다 … 99 나노테크·리튬이온전지의 위력 … 102 F1 그랑프리를 제패하게 될 전지는? … 106 3. 새 컨셉으로 전지를 만들다 108 리튬계 전지의 우수성 … 108 미래의 생활을 지탱해줄 참신한 전지 … 109 이온이동이 포인트 … 111 보석을 모방하여 전지재료를 만들다 … 115 공극 투성이의 고체 전해질 … 116 그림 그리듯 전극을 디자인하다 … 119 마이크로 크기의 전지 완성 … 122 21세기 전지혁명 … 124 4. 연료전지 성능의 비약적 발전을 위해 126 ― 새로운 백금촉매 개발 연료전지와 촉매 … 126 연료전지용 촉매로 백금의 우수성 … 126 백금촉매의 활성을 좌우하는 요소 … 128 분자 주형으로 원하는 구조를 만든다 … 130 백금 나노튜브를 만든다 … 133 백금 나노튜브가 합성되는 메커니즘 … 135 백금 나노그루브(groove)를 만든다. … 137 개발중인 백금 나노튜브 … 138 양극촉매로 유망한 백금 나노그루브 … 140 5. 연료전지의 나노시뮬레이션 145 연료전지는 발전기이다 … 145 연료전지의 발전(發電) 메커니즘 … 146 제1원리 시뮬레이션으로 보는 전극반응 … 148 수소흡착 정도가 성능을 좌우 … 151 수소와 일산화탄소의 경합을 계산하다 … 153 출력전압·전류의 시뮬레이션 … 154 전해질막 속의 수소이온 점프를 관찰하다 … 155 제4부___나노 재료과학의 최전선 1. 나노테크놀로지로 재료를 만들다 160 2. 나노시트를 쌓아올리다 163 「원료를 혼합하여 굽는 것」이 상식 … 163 인간의 뜻대로 원하는 구조를 만들고 싶다 … 165 층상 호스트 물질이란? … 167 떼어내서 만드는 나노시트 … 169 비커와 핀셋만으로 간단히 조작 … 172 쌓아 올려가면서 만드는 인공 초격자 … 175 때타지 않는 유리를 만들다 … 177 광통신 소자도 나노시트로 … 178 나노시트 기술의 확장 … 180 3. 열에서 전기를 뽑아내다 182 에너지를 마음껏 사용 … 182 대량의 열이 버려지고 있다 … 184 열을 전기로, 전기를 열로 변환 … 185 냉전 체제하에서 응용해 내다 … 187 열전변환 효율을 높이려면? … 190 나노구조로 성능 향상 … 192 열쇠는 나노블럭화·집적화 … 194 가와모토(河本)팀의 꿈 … 198 4. 콤비기술(Combinatorial Technology) 200 다양한 종류를 한꺼번에 제조 … 200 메리필드씨의 연구 … 201 콤비요리(combinatorial cooking) … 202 소재의 조합도 조리법도 다양하게 … 204 많은 요리를 빠르게 맛보기 … 208 맛을 비교해 보려면 … 208 나노계단을 만들다 … 209 이산화티탄이 투명자석으로 … 211 산화아연이 빛을 발하다! … 213 적층기술을 찾아내다 … 215 향후의 연구방향 … 218 5. 고온 초전도체의 능력을 발휘하다 221 20세기 말의 대발견 … 221 고온 초전도체의 무한한 잠재능력 … 222 초전도 물리를 정리해 두자 … 224 전기저항 제로를 가져오는 전자쌍 … 226 초전도체 성능을 결정하는 것은? … 227 핀정지로 성능 향상 … 229 실용 초전도 선재의 핀정지력 … 230 고온 초전도 박막의 인공 핀정지 … 232 인공 핀정지 제작법 … 234 나노재료공학에서의 고온 초전도 선재의 성능 향상 … 238 칼럼 태양전지와 광전극 - 어느 쪽이 유리할까? 64 광흡수로 만들어진 전자를 관측하다 71 광촉매 반응을 원자(原子) 레벨에서 관찰하다 76 코발트산리튬을 나노입자로 만들어내기 위한 발상 106 산업혁명과 더불어 탄생한 백금촉매 142 150년 전에 만들어진 연료전지 143 나노시트를 연구하다가 초전도체를 발견! 174 우연히 발견한 걸까? - 코발트 첨가 이산화티탄 투명자석 213 전계(電界)효과란 무엇인가? 217
출처: 국립중앙도서관 서지정보
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