2014보물상자원고-성균관대학교 물리학과 실험실 탐방

[임성숙]

용량문제로 내용만 올립니다.

성균관대학교 물리학과 실험실 탐방

최 진 욱(1-2, 35 )

나노 구조 물리연구실

그래핀은 흑연의 한 층을 떼어낸 형태로 1Å 정도 두께의 박막에 전자가 매달려 돌아다니는 상태이다. 그래핀에 대해 연구하고 만드는 과정을 볼 수 있었다.

구리에 PMMA 코팅-> 구리를 제거-> 원하는 기판으로 옮기기-> PMMA 제거 (아세톤으로)-> 원하는 기판 위에 그래핀 형성

응용 DNA 나노공학연구실

DNA 부분은 너무 어려워서 설명하는 것이 머리에 잘 들어오지는 않았다. 내가 알게 된 것은 유전물질은 A, T, C, G의 4가지 물질의 조합으로 이루어져 있다. 이것들의 조합에 의해 형성된다는 것이다. T자 모형, 원 모형 등등. . . 물리 연구실이라서 물리에 대한 것만 연구하는 것인 줄 알았더니 생물과도 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.

극한물성물리 연구실 (EPSL)

물질에게 자극을 주어 그 물질의 특성을 알아내는 실험실이다.

1) 온도를 매우 낮춘다, 2) 자기장을 매우 높인다. 3) 압력을 세게 가한다. 와 같은 방법으로 물질의 특성을 알아내는 과정을 볼 수 있었다.

CCR로 연결하면 온도가 최대–269℃까지 내려간다. 시료들의 온도를 낮추었을 때 일어나는 변화에 대해 설명해주셨다. 액체 헬륨을 많이 사용하는데 이는 비싸기 때문에 기체로 변환된 것을 다시 모아 액체로 만들어 쓰는 것을 볼 수 있었다.

내가 본 성균관 대학교

김 다 빈(1-2, 2)

2014년 12월 6일 토요일에 방사선 동아리에서 성균관 대학교로 견학을 갔다. 성균관대학교에 방문한 것은 처음이었고 더구나 물리 실험실을 구경하게 된 것도 첫 경험이어서 많은 기대가 되었다.

성균관 대학교는 과학 선생님의 모교로 물리 실험실을 주로 견학하는 시간을 가졌다. 물리과에만 교수님이 26분이 계시다고 하는데 물리학과 사무실만 두 건물에 걸쳐 있었다. 우리는 나노실험실과 초전도체 연구실을 주로 보았다. 대학 실험실을 견학하는 것은 내용이 어려워 듣는 데에 한계가 있었지만, 그곳에서 공부하는 대학원생들이 모르거나 궁금한 것을 자세히 가르쳐 주셔서 조금 더 이해가 갈 수 있었다. 그리고 과학연구가 이루어지는 과정을 배울 수 있었다.

실험실 견학을 끝낸 후에는 초전도연구를 하시는 강원남 교수님의 강의도 들었다. 교수님께서 우리에게 중점을 두고 쉽게 가르쳐 주셨지만, 그래도 내용이 어려워 대부분 이해를 다는 못 하였다. 하지만 강의를 들으면서 많은 것을 느끼고 생각하는 기회가 되었다.

<초전도체연구실탐방과 특강에서의 모습>

성균관 대학교 실험실에서의 잊지 못할 시간

조 재 우(1-2, 33)

영덕중 방사선 동아리에서 성균관대학교 물리학과 탐방을 다녀왔다. 설레는 마음으로 모여서 우리는 조를 배정했고 나는 1조에 속하게 되었다.

우리 1조가 처음으로 간 곳은 ‘극한 물성 물리 연구실’이었다. 이곳에서는 물질에 고 압력, 고 자기장, 극저온, 그리고 화학적 치환 등의 제어 변수를 주어 변화를 관찰하는 식으로 연구가 진행되고 있다고 한다. 연구실에 들어가 보면 변인 통제를 위한 여러 장비들이 준비되어 있었다. 온도를 너무 낮게 내려야 해서 섭씨온도를 사용하지 않고 훨씬 낮은 온도를 쉽게 표현할 수 있는 절대 온도를 사용하고 있다고 한다. 한 기계는 자기장을 높임과 동시에 온도를 무려 1.8(K)까지 낮출 수 있다고 한다. 또한 이곳에는 헬륨 속에 전류를 흘려보내 변화를 관찰하는데 이 연구실에서 가장 중요하면서도 비싼 원료인 헬륨은 보관되는 장소가 따로 있다고 한다. 이미 사용되어 빠져나가는 기체 상태의 헬륨을 한 큰 백에 밀봉시켜 놓았다가 일부를 액체 상태의 헬륨으로 액화시켜 큰 캔에다가 담아놓는다고 한다. 주변에 널린 질소와 달리 헬륨은 그 값어치가 높은 귀한 물질이기에 통에 보관을 해놓는다고 한다.

‘극한 물성 물리 연구실‘을 나와 ‘나노구조 물리 연구실’을 갔다. 나노물리연구실은 나노 구조의 합성, 제어 및 물리적 성질의 연구와 고체표면과 원자 혹은 분자와 상호작용에 의해 나타나는 전기적 및 구조적인 특성을 연구하고 있다고 한다. 이곳에서 가장 중요하게 다루었던 주제이자 가장 흥미가 느껴졌던 주제는 바로 그래핀에 관한 내용이었다. 그래핀이란 탄소 분자가 2차원적으로 결합된 모습인데 투명하고 휠 수 있는 성질을 지닌데다 전류를 통과시킨다. 이를 이용해 휠 수 있는 전자기기 등 여러 신제품이 발명되어 사회 발전에 여러 모로 기여가 될 것 같아 그래핀 연구는 정말 중요한 연구인 것 같다. 그래핀과 같게 탄소로 이루어진 흑연은 저항이 적어 전류가 통한다는 것도 실험으로 보여주셨다. 이 때 저항이란 전류의 흐름을 막는 것을 저항이라고 한다. 연필심으로 그은 선에 전선을 가져다 대었더니 전류가 통했지만 노트에 전선을 대었을 땐 아무 반응이 없었다.

<그림 1. 헬륨 보관 장소> <그림 2. 그래핀>

나노구조 물리 연구실에서 더 있고 싶은 아쉬운 발걸음을 돌려 우리 1조가 향한 곳은 ‘응용 DNA 나노 공학 연구실‘이었다. 이곳에서는 DNA를 쌓아올려 여러 모양을 만들 수가 있다는 것을 알게 되었다. 네 가지의 다른 DNA A, T, C, Q를 적절히 조합시키면 못 만들 것이 없다는 사실을 알게 되었다.

마지막으로 우리는 강원남 교수님의 강의를 듣게 되었다. 강 교수님은 우리가 탐방하면서 들은 내용을 정리해 주심과 함께 자기 부상의 원리 등 여러 흥미로운 과학 사실들에 대하여 강의 해주셨다.

1시간 정도가 걸린 강 교수님의 강의가 끝나고, 영덕중 방사선 동아리는 학교 시설을 돌아보는 것으로 나의 성균관 대학교 탐방은 끝이 났다.

과학에 대한 흥미를 키워주는 뜻 깊은 시간이었던 것 같다. 나는 다시는 오지 않을 수도 있는 성균관 대학교에서의 3시간을 절대 잊지 못 할 것이다.

<그림 3. 나노 공학 연구실>

과학의 꿈을 갖게 해준 성균관대 견학

김 민 준(1-3,19)

12월 6일 토요일, 기말 시험을 끝내고 편안한 마음으로 과학동아리에서 하는 성균관대 탐방을 다녀왔다. 그곳에서 다양한 것 들을 보고 많은 것들을 생각하는 시간을 가졌다.

첫 번째는 그래핀 실험을 본 것이다. 그래핀은 소 분자가 2차원적으로 육각형을 이루면서 펼쳐진 것이다. 작동속도가 이론상 기존 반도체보다 100 배 빠르고, 작은 반도체를 만들 수 있다는 특징이 있다. 여기서는 구리에 고분자 PPM을 씌었다가 제거하는 방식으로 제작한다. 먼저, 구리와 그래핀에 PMMA를 코팅하고 구리를 제거한다. 그 다음 원하는 기판으로 옮기고 마지막으로 PMMA를 제거하면 원하는 그래핀을 만들 수 있다.

두 번째는, 나노 DNA연구실을 보았다. DNA가 가지고 있는 상호 선택적 결합특성을 이용하여 수 나노미터의 정확성에서 자기 조립되는 다차원의 DNA 나노구조물을 제작하고, 이에 따른 형성 메커니즘 연구, 이러한 구조물을 이용한 물리적 소자 및 생화학적 센서를 제작 등 다양한 응용연구를 연구한다고 한다.

셋째로, 극한물성물리실이었다. 물질의 특성으로는 물질을 1573.15℃에서 녹인 후에 온도를 내리면서 결정을 만드는 과정이 있었다. 이를 시행하는 방법인 두 가지는 천천히 녹여서 결정을 얻는 것과 순식간에 녹여서 결정을 얻는 방법을 사용한다. 자기장의 변화가 되면 시료가 변한다.

마지막은 강원남 교수의 초전도체에 대한 강의를 들었다. 초전도체는 어떤 온도 이하에서 저항이 0이 되는 물질이다. 초전도체의 특징으로는 저항이 없다. 즉, 저항이 0이다. 둘째로, 한번 전류가 흐르면 영원히 흐르고, 맨 위치를 기억해 자기 자리로 돌아간다. 초전도체를 이용한 예로는 자기부상열차가 가장 대표적이다.

성균관대 견학으로 다양한 것들을 보고 배우고 체험할 수 있어서 좋았다. 초전도체에 대해 새롭게 알게 되었다. 다음에도 이런 기회가 있으면 꼭 참여 해야겠다.

초전도체에 대해 많은 것을 배운 연구실 탐방

조 성 현(1-3, 30)

나는 시험이 끝나고 평소에 관심이 많았던 초전도체 연구실을 견학하기 위해 성균관대학교에 갔다. 성균관 대학교는 임성숙 선생님의 모교로 선생님의 후배들께서 실험실 안내를 해주셨다.

우리는 인원이 많아 3조로 나누어 연구실을 로테이션하면서 방문했다. 우리 조는 첫 번째로 그래핀 연구실에 갔다.

그래핀이란? 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 잘 휘고 방열이 뛰어나고 전기전도성이 높아 응용분야가 무궁무진한 소재이다.

우리는 그래핀 제작 방법에 대해 배웠다.

두 번째로는 DNA 나노공학 연구실에 갔다. DNA나노기술은 우리가 일반적으로 DNA를 생명활동에서 유전적 정보를 전달하는 전달자로서의 역할이 아닌 하나의 물리적 재료서 사용하는 것이다. 특기 DNA 나노기술에서는 DNA가 가지고 있는 주요 특성인 분자인식(molecular recognition)과 핵산의 특징을 이용하여 새로운 물질을 만드는데 목표를 둔다. 좁은 의미에서 DNA를 다루지만 넓게는 이와 동일한 원리를 이용하여 RNA나 PNA를 다루어 핵산 나노기술(nucleic acid nanotechnology)라고 불리기도 한다. 우리는 DNA구조물의 원리에 대해서도 배웠다. 물리실험실과 생물의 깊은 관계를 느꼈다.

세 번째로는 초전도 연구실에 갔다.

초전도 연구실에는 크기가 큰 다양한 기계들이 많았다. 초전도 현상은 어떤 물질이 전기 저항이 0이 되고 내부 자기장을 밀쳐내는 등의 성질을 보이는 현상으로, 대체로 그 물질의 온도가 영하 240˚C이하로 매우 낮을 때 일어난다.

학교에서 초전도체가 액체 질소 안에 넣은 후에 자석위에 올려놓으면 위로 뜨는 것을 본 적이 있었는데 재미있는 것임을 알게 되었다.

마지막으로 도서관 안에 있는 강의실에서 초전도체의 특성에 대한 연구라는 주제로 물리학과의 강원남 교수님 강의를 들었다.

마이스너 효과에 대해 배웠는데 마이스너 효과는 초전도체가 약한 외부 자기장 H 안에 놓이게 되면, 자기장은 초전도체를 완전히 투과하지 못하고 대략 두께 λ만큼만 투과하게 된다. 이 두께를 런던 투과 깊이(London penetration depth)라고 하는데, 초전도체에 들어간 자기장은 이보다 더 깊은 곳에서는 급격히 감쇄하여 0이 된다. 이것을 마이스너 효과라 한다.

실험실 탐방을 통해 그래핀과 DNA나노기술에 대해서 뿐이 아니라 초전도체에 대해 많은 것을 알게 되어 좋았다.

초전도체의 원리를 다 이해할 수는 없었지만 초전도체가 병원이나 핵융합발전소에서 쓰일 수 있다는 사실을 알게 되었다.

성균관 대학교 견학 보고서

최 민 정(1-3, 38)

1. 일시 : 2014년 12월 6일

2. 장소 : 성균관 대학교 과학 실험실

3. 실험실 1

그래핀의 대한 연구를 하는 곳이었다.

그래핀이란 탄소 원자로 이루어져 있으며 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막을 말한다. 그래핀을 만드는 방법은 다음과 같은데 실제로는 아주 투명해서 잘 보이지 않는다. 그래서 색이 있는 액체 위에 띄워 두면 그나마 빛이 반사되어 볼 수 있게 해준다.

우리 생활과 관련지어 설명을 해주셨는데 언젠가 우리가 과학 잡지에서 자주 봐왔던 스마트 안경, 날씨, 건강, TV 등을 볼 수 있는 그런 스마트 안경을 만들 수 있는데 주 재료가 된다고 한다. 아직까지 일상 생활 속에 쉽게 쓸 수 있을 만큼은 개발되지 않았지만 머지않아 이 그래핀을 유용하게 사용할 날이 올 것이라 생각된다.

4. 실험실 2

응용 DNA 나노공학 연구실이었다.

제일 흥미로운 주제가 DNA이다 우리에게 가장 밀접한 관계에 있는 것이기 때문이다. 하지만 우리가 알던 유전자와 관련된 그럼 DNA가 아니었다. 인공으로 DNA조형물을 만들어 원하는대로 모형을 만들고 결합하고 조립한다고 한다. A와 D, C와 T 이런 구조는 변함이 없으나 그저 모양만 바뀌고 사람이 만든다는 것 말고는 다를 게 없었다. 새로운 사실을 안 것 같아 좋았다.

5. 실험실 3

이 곳에서는 아무거나 자신이 연구하고 알아내고 싶은 것을 “왜 이것은 이럴까?” 라는 의문으로 연구를 하고 있었다.

고 압력, 고 자장, 극 저온, 그리고 화학적 치환 등과 같은 제어변수들을 이용하여 체계적으로 조율함을 통하여 알아보는 것이었는데 가장 어려운 실험실이었다.

다음 사진들은 이 연구를 위해 사용되는 실험 기구들이다. 시료를 이 통에 넣고 초전도체의 압력, 온도를 변화시켜서 변화를 관찰할 수 있는 기구들이다.

온도를 차갑게 하기 위해서 액체 헬륨을 이용하는데 이를 보관하는 기구도 보고 그 액체질소에 넣으면 저항 값이 어떻게 변화하는 지 알아보는 실험도구도 보았다. 실험실 견학을 통하여 대학 연구 분위기도 느낄 수 있었다.

내가 만난 과학연구실

김 동 현(1-5,19)

성균관 대학교를 가서 여러 가지를 보고 여러 상식을 알게 되었다. 그중 첫 번째는 초전도체이고, 두 번째는, 물질의 특징 알기이고, 셋째로, DNA로 구조물을 만들기 이다, 마지막은 그래핀이다.

첫 번째로, 초전도체는 어떤 온도 이하에서 저항이 0이 되는 물질이다. 초전도체의 특징으로는 첫째로, 저항이 없다. 즉, 저항이 0이다. 둘째로, 한번 전류가 흐르면 영원히 흐른다.(저항이 0이기 때문에 전력 손질이 0이여서) 셋째로, 위치를 기억한다.(아직 원인이 밝혀지지는 않았다.) 마지막으로, 순도가 낮은 것이 실용화에 좋다. 초전도체를 이용한 예로는 자기부상열차를 만들 때에는 초전도체를 사용한다.

두 번째로, 물질의 특성으로는 물질을 1573.15℃에서 녹여서 결정 만들기가 있는데 이를 성균관 대학교 물리학과에서 시행하는 방법인 두 가지는 천천히 녹여서 결정을 얻는 것과 순식간에 녹여서 결정을 얻는 방법을 사용한다.

셋째로, DNA로 구조물 만들기는 DNA는 A는 T와 C는 G와 결합하고 C,G가 더 많으면 구조물이 더 튼튼해지는 것을 이용하여 구조물의 강도를 조절할 수 있다. 또, 온도를 높였다가 계속 낮추면서 구조물을 만든다. 이 DNA로 구조물 만들기의 장점은 DNA의 배열이 상관없다는 것이다

. 마지막으로, 그래핀이란, 탄소 분자가 2차원적으로 육각형을 이루면서 펼쳐진 것이다. 그래핀은 발견 된지 10년 정도 되어서 아직 완전희 개발되지 않은 물질 중 한가지라고 할 수 있다. 그래핀을 이용하여 구부러지는 화면을 만들 수도 있고, 그래핀을 이용하여 접는 화면을 만들 수도 있다. 현재 그래핀을 이용한 구부러지는 화면은 발명이 되었지만, 이직 특허를 하지 않고 있다고 한다.

성균관 대학교를 가서 여러 가지를 보고 여러 상식을 알게 되었는데 이런 사실들을 알고 나서 새로운 물질(발견 된지 얼마 되지 않은 물질)을 알게 되고 초전도체에 대해 더 자세히 알게 되었다. 또, 여러 생소한 단위도 만나고 생소한 실험 장비도 만났다. 성대 견학은 나에게 의미 있는 견학이다.

물품 보관함 성균관 대학교 복도에 붙여진 포스터

성균관대학교 실험실 탐방보고서

나 여 은(1-7, 5)

1. 그래핀 연구

그래핀이란 탄소원자들이 2차원 상에서 별집모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 잘 휘고 방열이 뛰어나 전기전도성이 높아 응용분야가 무궁무진한 소재로 각광받고 있다.

그래핀의 결정 구조는, 한 꼭짓점에 세 개의 결합이 붙는 원자 구조(sp2 결합)에 의해 육각형 형태의 연결이 2차원 방향으로 뻗어나간 모양을 한다. 결과적으로 넓게 퍼진 벌집 모양의 2차원 결정 모양을 갖게 된다. 그래핀이 원자 하나 두께의 얇은 막으로 존재하는 이유는 이 때문이다. 이 때문에 그래핀은 세상에 안정적인 분자 구조로 존재할 수 있는 가장 얇은 재질이 된다.

이처럼 원자 한 개 두께의 막이기 때문에 그래핀은 굉장히 투명하다. 백색광의 경우 2.3%의 흡수율을 보인다. 또한 탄력이 강하여 물리적으로 20%를 늘려도 각종 전기전자적 성질이 그대로 보존된다.

2. DNA 나노공학

DNA 나노기술은 우리가 일반적으로 DNA를 생명활동에서 유전적 정보를 전달하는 전달자로서의 역할이 아닌 하나의 물리적 재료로 사용하는 것이다. 특히 DNA 나노기술에서는 DNA가 가지고 있는 주요 특성인 분자인식과 핵산의 특징을 이용하여 새로운 물질을 만드는데 목표를 둔다. 좁은 의미에서 DNA를 다루지만 넓게는 이와 동일한 원리를 이용하여 RNA나 PNA를 다루어 핵산 나노기술이라고도 한다.

3. 초전도

초전도 현상은 어떤 물질이 전기 저항이 0이 되고 내부자기장을 밀쳐내는 등의 성질을 보이는 현상으로 대체로 그 물질의 온도가 영하 240‘C 이하로 매우 낮을 때 일어난다.

성균관 대학교에서 그래핀, DNA 나노 기술, 초전도를 대한 설명을 들으면서 나도 이런 것들에 대해 연구하고 싶다.

성균관대학교 물리 실험실 탐방기

정 혜 연(1-7, 14)

오늘은 2014년의 마지막 달의 첫 번째 주 토요일. 시험을 끝내고 난 후, 의미 있는 활동을 계획하던 중, 성규관대를 방문하여 과학 분야에서 탐구하고 학습할 수 있도록 임성숙 과학 선생님께서 마련하신 시간에 참여하게 되었다. 시험이 끝났기에 모처럼 잠도 푹 자고 출발한지라 마음도 가벼웠다. 우리는 도착한 후, 간단한 주의사항을 듣고 이동을 했다.

우리는 극한물성 물리연구실, 초전도 연구실, 응용 DNA나노공학 연구실, sample 제조실, 나노구조 물리 연구실 등 다양한 연구실을 들르며 설명을 듣고 새로운 사실을 접하고 익혔다.

평상시에는 쉽게 접하지 못하였던 사실들을 배우고 직접 볼 수 있어서 아주 흥미롭고 재미있었다. 그중 특히 인상적이었던 내용은 바로 초전도에 관한 연구였다. 초전도란, 아주 낮은 온도에 도달하면 그 고체의 저항이 0이 되는 물리적 현상을 가리킨다. 이에 대한 강의는 임성숙 선생님의 대학교 동기이신 강원남 교수님께서 진행해 주셨다. 초전도체가 저항이 0이며 자기 부상 열차와 같은 부분들에 상용화가 가능한 점, 온도가 아주 낮은 액체 질소를 금속에다 부으면 초전도체가 된다는 점, 플라스틱을 초전도체가 될 금속과 자석 사이에 놓으면 그 두께만큼 인력과 척력이 작용한다는 점이 기억에 가장 많이 남는다.

내가 첫 번째 방문했던 실험실은 나노구조 물리연구실로 그래핀에 관한 내용을 연구하는 곳이었다. 우리는 이 곳에서 구리에서 그래핀을 떼어 낼 수 있는 자세한 방법을 배우고 플라즈마 상태를 유지할 수 있는 금속 가공법, 2～4분 만에 열을 100℃까지 올릴 수 있는 기계들을 구경하면서 설명을 들었다.

< 나노구조 물리연구실에서 그래핀 생성과정 설명을 듣는 모습>

두 번째 실험실은 제작된 Sample들의 온도변화, 자기장의 영향, 압력 등에 의한 성질 및 물질 변화를 관찰하고 연구하는 곳이었다. 이 때, 온도를 급격히 낮출 때는 최대 1.8K, 약 영하 216℃ 정도에 해당되는 온도를 만들기 위해 액체 헬륨을 사용한다. 헬륨 자체가 지구상에 많지 않기 때문에 기화 된 헬륨을 모아서 다시 액화하여 사용한다는 것도 신기하였다.

<극한물성물리 연구실에서의 모습>

이 실험실에서는 sample을 만들고 그 sample의 특징을 알아보았다. 산소와 질소가 존재하지 않아 물질들의 부식을 막을 수 있는 기계 안에 손을 넣어 재료들을 가공할 수 있는 장치, 열을 올려 물질을 녹이는 기계, 0.01그램까지 측정이 가능한 체중기 등이 인상적이었다. 샘플을 가공하기 까지 많은 노력을 투자한 후, 그것은 앞서 언급한 샘플 연구실에 전달한다. 무언가를 만지기 좋아하고 실험하는 것을 즐기는 사람들에게 아주 흥미로운 진로 분야가 될 수 있다고 한다.

< 실험실에서 친구들과..>

마지막으로 본 실험실은 응용 DNA 나노 공학 연구실로, 유전자 A와T, C와D를 적절히 배열하여 기본형 T자를 바탕으로 다양한 형태를 만들어 가며 연구를 한다고 한다. 만약 이 기술이 액체에서 뿐만 아니라 공기 중 에서 마르지 않는 방법을 마련하여 상용화 한다면, 해리포터에서만 보던 투명 망토가 실존할 수 있을 것이라 한다.

실험실을 탐방한 후에 성대 도서실 내에 있는 정보교육실에서 초전도체에 대한 강의를 들었다.

초전도체는 가쪽 부분이 N극을 띄게 되고, 영구 자석은 N극을 띄기에 서로 밀어 내는 힘이 작용하고, 초전도체의 중간에 위치한 아주 작은 긴 원기둥 모양의 부분들이 가쪽 부분과 반대 방향으로 운동하며 S극을 띄게 되어 서로 떨어지지 않으려는 성질을 나타낸다. 초전도체는 현재 자기 부상 열차와 같은 곳에 상용화되고 있다.

앞으로도 우리 과학기술이 발달하여 세계적으로 인정받고 나아가 우리 지구촌을 친환경적인 과학 선진 도시로 발전시켜 나갔으면 하는 바램이다.

이번 체험학습은 단순히 대학교 연구실 탐방을 했다는 사실을 넘어 다양한 과학적 지식과 현재 개발 중인, 미래에 상용화될 기술들을 배웠다. 오늘은 나에게 참 유익한 시간이었다. 다음에 한 번 기회가 되면, 이런 체험들을 많이 하여 새로운 발견들을 접하고 학습할 수 있었으면 좋겠다.

성균관대학교 물리학과 견학 체험보고서

맹 은 서(1-9, 22)

동아리에서 성대를 방문하기로 하여 무척 반가왔다. 성균관 대학교는 경시대회 등으로 자주 들른 학교이고, 수학 과학 쪽으로 유명한 대학교여서 관심이 있었다. 가자마자 방사선 측정기를 받았다. 모인 장소에서는 0.123 정도 되었으며, 걸어 다닐 때마다 바뀌었다. 그러나 특별히 많이 올라가는 곳은 없었다. 먼저 DNA로 어떤 형태를 만드는 것을 보았다. 신기했다. 그것은 DNA를 배열해서 어떤 모양을 만드는 것이라고 한다. 그것은 자세하게 아주 작은 물체를 만들수 있어 미래에 각광 받을 수 있다고 한다. 다음은 물질의 성질을 확인 하는 곳에 갔다. 그중 물체의 온도를 내리는 곳에 갔다. 거대한 기계였는데, 언더를 무려 1.3K까지 내릴 수 있다고 한다. 놀라웠다. 다음은 그래핀에 대하여 보았다. 구리 위나 다른 금속위에 만드는 물체인데, 휘어지기도 하지만 전기적 성질이 매우 뛰어나다고 한다. 그다음은 강의를 들었는데, 초전도체에 관한 것이었다. 요즘 초전도체를 배우고 있었는데, 강의를 들으니 더 자세히 알 수 있게 되어 좋았다. 오늘 날씨는 매우 추웠지만 새로운 것을 알게 되어 기분 좋은 하루였다.

강 승 민(1-10, 16)

12월 6일 아침9시 성균관대학생 회관에서 집결해서 물리학과 탐방을 나섰다. 세 개의 조로 나뉘어서 조별로 이동을 하면서 견학을 하게 되었는데 제일 처음으로 갔던 곳은 나노 공학연구실에 갔다. 이곳에서는 DNA를 물리적입자로 봐서 그걸로 조합하는 것이다. DNA 종류에는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 네가지가 있는데 아데닌은 티민, 구아닌은 사토신하고만 짝을 짓는다. 이때 아데닌과 티민의 반응 에너지가 구아닌과 사토신의 반응에너지보다 작다. 이걸 잘 활용해서 조합하는 것이다. 그 다음은 액체 헬륨을 만드는 곳이었다. 이곳은 재생에너지를 이용해서 물리실험을 하는 것을 설명해주었다. 또 비용을 최소화하기 위해 액체헬륨을 다시 모아 쓰는 방법을 설명해주었다. 그 다음에는 그래핀 연구소를 갔다. 연구소에서는 구리라는 매체를 통해서 그래핀을 만들어내는 과정을 보았다. 그래핀은 철과 비슷한 강도를 가지고 있으며 투명하고 구부릴 수 있다. 그래서 활용도가 높아 사람들에게 주목받고 있는 신소재라고 한다. 마지막으로 강원남 선생님께 초전도체 설명을 들었다. 정말 유익한 시간이었다.

대학 실험실 탐방기

이명은(2-2, 12)

12월 6일, 임성숙 선생님과 다른 방사선 동아리 친구들과 성균관대학교 이학대학에 탐방을 갔었다.

먼저, 응용 DNA 나노공학부실 앞에서 간단하게 응용 DNA 나노공학에서는 어떤 내용을 배우는지 간단하게 설명을 들었다. DNA라고 하면 우리몸 안에 있는 유전물질로 유전자 재조합이나 세포 융합과 같은 생명공학을 생각하기 쉬운데, 생물의학과와는 다르게 DNA를 이용해 자신들이 원하는 모형을 형성하고 모형을 구성하는 구아닌, 티민, 아데닌, 시토신에 따른 빛의 굴절률, 반사율 등을 연구하는 활동을 하는 곳이었다.

다음으로는 양자물질초전도창의연구실을 탐방했는데, 다양한 변수를 두어 샘플의 반응을 확인하여 그 물질의 물리적 특징을 파악하는 곳이었다. 여기서의 변수란 온도 혹은 압력을 낮추거나 주변의 자기장에 변화를 주는 것이다. 연구소에는 변수를 두기 위한 많은 장치들이 있었는데 단열팽창을 통해 온도를 -269℃까지 내릴 수 있는 장치, 액체 헬륨을 이용해 온도를 -1.8K까지 내리며 수분과 반응하는 물질의 산화막을 제거하는 장치 또 자기장을 한 방향으로 쏘았을 때 달라지는 반응을 보이는 물질에 사용하는 장치로 자기장의 방향과 세기 조절 등을 하는 장치 등이 있다. 연구실을 탐방하다가 가장 인상 깊었던 점으로는 연구실 안쪽에는 실험으로 사용된 액체 헬륨이 기화되어 낭비되는 것을 막기 위해 기화된 액체 헬륨을 호스를 통해 다시 가져와 액화시켜 재사용한다는 점이었다.

또, 이 장치는 glovebox로 불리우는 장치인데, 산화되는 물질을 보관하기 위한 장치로 방사성 물질이나 대기 속의 불안정한 물질을 취급하기 위해 사용되어지는데 특이한 구조가 눈길이 가게 만들었다.

다음으로는, 나노구조 물리연구실에 갔다. 그곳에서는 그래핀이라는 물질을 구리에서부터 얻어내는 방법과 그래핀의 쓰임새에 대해 배웠다. 그래핀을 구리에서 얻어내기 위해서는 반드시 CVD라는 과정을 거쳐야한다. CVD란 화학 작용을 통한 증착을 뜻하는데, 연구실에는 CVD를 하기위해 필요한 열을 올리기 위한 장치 CVD를 위한 장치들이 많았다. 그래핀이 요즘 각광을 받고 있는 이유는 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있기 때문이다. 또, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높으며 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다는 점에서 차후 디스플레이의 재료로 쓰일 수 있다고 한다.

마지막으로 강원남 교수님의 초전도체 강의를 들었다. 탐방을 가기 전 임성숙 선생님과 함께 액체질소를 이용한 초전도체 실험을 해보았는데 초전도체가 인력과 척력의 성질을 동시에 가지고 처음 자신의 위치를 기억하는 현상의 이유가 무엇인지 알지 못했는데 강원남 교수님께서 다양한 사진자료와 실험영상을 통해 설명해 주셔서 쉽게 이해한 것 같다. 초전도체가 자신의 위치를 기억하는 것은 초전도체에 자기장이 침투하고 있을 때 초전도체에는 전류가 흐르고 자석과의 반발이 일어나 자기 소용돌이가 냉각 후 냉각될때의 위치에서 고정이 되어 인력을 띄게 된다는 것이었다. 강의를 들으면서 가장 놀랐던 것은 초전도체 속 불순물의 양에 따라 자기장이 침투할 때의 모습이 각각 다르고 불순물이 더 많이 있을수록 일상생활에서 사용하기 좋다는 것이다.

성균관대학교를 탐방하고 초전도체를 완전히 알기에는 짧고 아쉬운 경험이었지만, 초전도체에 대한 궁금증과 평소 관심을 갖지 않았던 학과와 정보들을 알아가는 것 같아서 좋았고 뿌듯했다. 다음에도 이런 기회를 가질 수 있다면 좋을 것 같았다.

대학실험실 탐방기

이지은(2-3, 16 )

12월 6일 토요일 성균관대학교 물리학과 연구실 탐방을 했다. 장소는 초전도 연구실, 응용 DNA 나노공학 연구실, 나노구조 물리 연구실, 도서관 등이었다. 다양한 연구실에 방문해서 설명을 듣고 중간중간 방사선 측정도 해보았다.

1. 응용 DNA 나노공학 연구실

이 실험실은 DNA 염기를 이루고 있는 아데닌, 티민, 구아닌, 시토신을 이용해서 다양한 형태의 새로운 물질을 만드는 연구를 한다. 다른 방식에 비해 매우 정교하다고 한다.

의복, 플라스틱, 사람의 몸, 모두 다 고분자로 이루어져 있다. 특히 우리 몸의 단백질, DNA는 생체 고분자로 구성되어 있는데, 생체재료를 이용해 인체에 약물을 전달할 수 있다. 이를 이용해 암 치료 같은 것도 할 수 있다고 한다.

2. 극한물성 물리 연구실

물체의 온도를 낮추어 자기장, 압력, 온도 변화 등의 성질을 알아보는 곳이라고 한다. 물체의 온도를 낮출 때는 액체 질소보다도 온도가 더 낮은 액체 헬륨을 사용하는데, 액체 헬륨은 비싸기 때문에 사용한 것을 다시 액화해서 사용한다

실험실에는 헬륨을 보관하고 기화가 되었던 헬륨을 다시 액화하여 재사용하는 기구, 자기장의 변화에 따라 변화하는 장치 등이 있었다.

3. 나노구조 물리 연구실

이 실험실에서는 주로 그래핀을 만드는 연구를 하였다. 탄소들이 층으로 배열되어 쌓여있는 구조에서 이 한 층을 그래핀이라고 부른다. 그래핀은 2010년 노벨 물리학상을 수상한 과학자들의 연구가 거의 다 차지하고 있을 만큼 앞으로의 발전이 여기서 나올 것이라고 한다.

4. 초전도의 세계- 강원남 교수님 강의

연구실 탐방을 마친 후에 도서관에서 성균관대학교 물리학과 강원남 교수님의 초전도체에 대한 강의를 들었다.

초전도체는 매우 낮은 온도에서 전기저항이 거의 0이 되는 도체를 말한다. 저항이 0이 되면 손실되는 에너지가 없는 것이므로 매우 효율적이어서 앞으로 많은 곳에 이용이 가능하다. 온도를 낮추면 초전도체는 내부에 자기장이 들어갈 수 없고 내부에 있던 자기장도 밀어낸다. 이것을 마이스너 효과라고 한다. 그래서 자석을 밀어내는 성질이 있어서 현재는 자기부상열차 등에 이용되고 있다고 한다.

견학을 통하여 많은 것을 생각해보게 하는 시간을 가졌다. 물리에 관련된 내용이 꼭 진자운동 같은 물체의 운동만 있는 것이 아니라 나노공학과도 관련이 있다는 것을 알게 되었다. 또, 과학관련 지식뿐만 아니라 그 학과에서 배우는 내용, 그리고 그 전공 관련 직업까지도 알 수 있었던 유익한 시간이었다.

성균관대학교 물리 실험실 탐방 보고서

이수현(2-6, 12)

1. 장소 : 성균관대학교 물리 실험실

2. 견학 기간 : 2014년 12월 6일

3. 견학 과정/내용

가. 응용 DNA 나노공학연구실

DNA를 디자인하여 DNA나노 구조물을 만든다고 한다. 이 연구의 장점은 나노사이즈의 구조물을 만들 수 있다는 것이다. DNA를 어떻게 디자인하는지 구체적으로 설명을 주로 들었다.

나. 극한물성물리 연구실 (EPSL)

다양한 실험 도구를 통해 물질에 다양한 변수를 주어 어떤 물질인지 연구한다고 한다. 주로 물질에 자기장을 주거나 온도, 압력을 낮추는 변수를 변화시켜 그 결과를 실험하는 일을 한다고 한다. 최대 0.1K까지 내릴 수 있는 것도 있다. 온도를 낮추기 위해 액체 헬륨을 사용한다. 샘플(물질)의 측정이 쉽도록 현미경을 이용해 샘플의 모양을 만드는 방도 있었다. 샘플보관 통 내부는 진공상태로 샘플의 산화 막을 없애고 유지한다. 액체질소는 학교에서 다루어 보았었지만 액체헬륨까지 다루어본다는 것이 흥미로웠다.

아래 사진은 액체헬륨보관소와 그를 이용하여 물질의 성질을 알아보는 실험장치이다.

다. 나노구조 물리 연구실

나노구조체의 합성, 제어 및 물리적 성질의 연구와 고체표면과 원자 혹은 분자와 상호작용에 의해 나타나는 전기적 및 구조적인 특성을 연구하는 곳이다. 여기에서 그래핀 만드는 법을 설명해주셨다. 그래핀은 휠 수 있고 투명하고 강도도 좋아 투명한 디스플레이에 접목시킬 수 있다고 한다.(예: 구글 글라스) 또 그래핀을 이용해 로봇이 뜨겁고 차가운 것을 느낄 수 있도록 하는 연구도 있었다고 한다. 이 곳도 마찬가지로 샘플들을 질이 좋은 상태로 보존하기 위해 진공으로 보관하고 있었다.

이외에도 진공자외선의 빛을 사용하여 고체의 전자구조연구를 하기 위한 장치가 있었고 학교에서 실험했던 광전효과와 같은 원리로 빛을 쪼여 튀어나오는 전자를 분석하여 고체의 표면전자구조를 밝히는 실험장치들이 있었다.

라. 초전도체에 대한 특강

강원남 교수님께서 초전도체에 대해 강의하셨다. 내용을 완전히 이해하기 어려웠지만 초전도체가 어떻게 위치를 기억하는지 알 수 있어서 좋았다.

1) 초전도체의 기본 성질

초전도체란 저항이 없으므로 전자가 이동하는데 에너지 손실이 없는 물체를 말한다. 즉 전류가 영원히 흐른다는 것이다. 그렇게 되면 전류가 이동하는데 손실되지 않으므로 안정된 전류를 무한정 공급할 수 있을 것이라는 것이다. 초전도체는 일반 자석과는 다른데 이를 만들기 위해서 완전반자성과 저항이 없는 두 가지를 만족해야 한다.

2) 위치를 기억하는 초전도체

초전도체는 온도가 내려가서 초전도체가 되는 위치를 기억한다.

자기부상 위치기억의 원리를 설명하셨는데 어렵기는 했지만 흥미로왔다. 자석의 자기장이 침투하고 초전도체를 냉각한 후 초전도체의 표면을 따라 전류가 흐르기 시작해 자석을 밀어내고 또, 자기소용돌이로 인해 자석을 끌어당기는 힘으로 자석이 공중부양하게 된다. 그 자석을 다른 위치에 두어도 자석을 끌어당기는 고정된 소용돌이에 의해 처음의 자리로 되돌아간다.

초전도체 실험은 학교 동아리 시간에 해보았던 실험이었다. 냉각된 초전도체가 자석 위에 뜨는 것을 보고 매우 신기했는데 왜 그러는지 원리를 몰라서 궁금했었다. 이번 견학을 통해 그 원리를 알게 되어 초전도체에 대해 더 공부하고 싶다는 생각이 들었다. 물리실험실 탐방을 통해 어떤 기구와 도구들이 연구에 사용되고, 무엇을 연구하고 있는지 구체적으로 안 것은 내게 큰 소득이었다.