[나무생각] 궁금했어, 첨단 소재

[백모란+도서출판나무생각]

사이언스 틴스 10

궁금했어, 첨단 소재

권경숙 글 ｜ 이혜원 그림

▪ 아동 과학 / 청소년 과학

▪ 165*210(mm) ▪ 156쪽 ▪ 값 13,800원

▪ ISBN 979-11-6218-228-4 (73500)

▪ 발행일 2022년 12월 5일

▪ 주제어 과학 / 공학 / 공학기술 / 재료 / 신소재 / 환경 / 반도체 / 나노물질

▪ 교과연계

초등 3-1 과학 2. 물질의 생성

초등 3-2 과학 4. 물질의 상태

초등 4-1 과학 5. 혼합물의 분리

초등 5-1 과학 2. 온도와 열

초등 6-2 과학 1. 전기의 이용

초등 6-2 과학 5. 에너지와 생활

중학교 1학년 과학 5. 물질의 상태 변화
중학교 2학년 과학 6. 물질의 특성
중학교 3학년 과학 1. 화학 반응의 규칙과 에너지 변화

인류가 발견해 온 철, 세라믹, 합금, 반도체…

첨단 소재가 바꿔 가는 오늘과 내일!

주기율표에 있는 수많은 원소들은 다 어디에서 왔을까?

철은 인류 문명을 어떻게 바꿨을까?

플라스틱이 왜 문제일까?

반도체는 왜 쓰임새가 많을까?

아이언맨의 아크 원자로를 정말 만들 수 있을까?

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한국공학한림원 공학기술도서 선정

첨단 소재를 발견하고, 발명하며 발전을 거듭해 온 인류 문명

지금 이 세상에 존재하는 모든 것은 우주로부터 온 하나의 원소에서 시작되었어요. 바로 수소예요. 우주의 시작이 큰 폭발에서 시작되었다는 ‘빅뱅 이론’에 따르면, 최초의 대폭발을 통해 처음 수소 원자가 생겨났고 이후 결합을 통해 다양한 원소들이 만들어졌어요. 현재까지 지구상에서 발견된 원소는 모두 118개예요. 이 안에는 우리가 아는 산소, 수소, 탄소, 철 같은 원소도 있고, 잘 모르는 원소도 많아요. 우리가 늘 쓰는 스테인리스 수저는 철과 탄소와 크롬, 니켈 등 원소 주기율표에 있는 물질들을 조합해 만든 거예요. 다른 물건들을 이루는 재료도 다 마찬가지예요. 이렇게 생각해 보면 우리가 늘 보고 만지고 사용하던 사물들이 그냥 단순한 사물이 아니라 꽤 의미 있는 존재라는 걸 느끼게 되지요.

《궁금했어, 첨단 소재》는 인류가 발견하고 발명해 온 다양한 소재들을 살펴보면서 첨단 소재의 과학적 원리와 그것이 세상에 미친 영향을 다루고 있어요. 우리가 익히 알고 있던 철, 세라믹, 플라스틱, 합성 섬유뿐 아니라 반도체, 초전도체, 나노 물질까지 꼼꼼히 설명하고 있지요. 10대의 눈높이에 맞춘 친절하고 상세한 설명 덕분에 최근 이슈가 되고 있는 첨단 소재들까지 크게 어렵지 않게 이해할 수 있어요.

오랫동안 과학 잡지를 만들어 온 저자는, 독자들이 좀 더 새로운 소재에 관심을 갖기를 바라는 마음으로 이 책을 썼다고 말해요. 과학을 공부한다는 건 주변의 사물을 더 세세히 더 멀리까지 바라볼 수 있는 눈을 가지는 것이기 때문이죠.

새로운 소재가 발견되었다는 소식이 들려도 사람들은 대부분 무관심하거나 과학자들의 일이라고만 생각하는 경우가 많아요. 하지만 첨단 소재가 있기에 우리는 각종 전자 기기를 사용하고, 빠른 교통수단을 이용할 수 있어요. 그런 점에서 앞으로의 세상을 이끌어 갈 독자들이라면 새로운 물질이 가져올 변화에 관심을 가지고, 또 그로 인한 문제점에 대해서도 고민해 보는 자세가 필요해요. 이런 과정 속에서 창의력과 사고력을 키울 수 있고, 과학 지식도 쌓을 수 있으니까요.

인류는 더 강하고, 더 우수한 새로운 소재를 찾을 수 있을까?

합금은 철 등을 원재료로 해서 다른 금속이나 물질을 첨가한 것을 말해요. 금속의 종류는 90종이나 되고 합금의 종류는 10만 가지가 넘을 정도예요. 철은 인류가 아주 오래전부터 사용해 온 소재지요. 강철을 만들 수 있게 되면서 인류는 문명을 일으킬 수 있었어요. 하지만 녹이 슨다는 철의 단점을 보완하기 위해 스테인리스강을 만들었고, 보다 널리 활용하기 위해 형상기억합금까지 만들어 냈어요.

세라믹은 매우 다양한 모양을 가지고 있어요. 흔히 말하는 도자기부터 타일, 인공 뼈, 반도체까지 모두 만들 수 있는 흥미로운 소재죠. 진흙을 불에 굽다가 우연히 발견한 세라믹은 전기를 만들어 내는 압전 소자뿐 아니라 태양 전지로도 사용되지요.

인공 물질, 합성수지 플라스틱은 현대에 가장 많이 쓰이는 소재예요. 칫솔에서부터 빨대까지 두루 사용되면서 편리함을 선물했지만 그만큼 지구 환경과 생태계를 위협하는 물질이 되고 말았어요. 플라스틱 남용 문제는 전 지구가 힘을 모아 해결해 나가야 할 과제이기도 해요.

합성 섬유는 플라스틱과 마찬가지로 인류를 편하게 만들어 준 소재지요. 힘들게 누에고치를 기를 필요도 없고, 코트에 좀이 슬까 걱정할 필요도 없어졌으니까요. 가볍고, 잘 늘어나고, 잘 해지지도 않고, 가격도 저렴한 합성 섬유는 지금도 발전을 거듭하고 있지만 미세 섬유나 쓰레기 문제를 일으키고 있어요.

초전도체는 전기 저항을 0으로 줄이고 자기장을 차단해, 핵융합이 가능한 장치를 만들 수 있게 해 주는 소재예요. 특히 상온 초전도체는 냉각 장치가 필요 없어서 그 활용 범위가 무궁무진하지요. 물론 앞으로도 계속 연구를 이어 가야 하지만, 머지않아 아이언맨이 가진 것 같은 아크 원자로까지 만들 수 있는 날이 오지 않을까 기대를 갖게 해요.

《궁금했어, 첨단 소재》에는 이외에도 반도체와 나노 물질까지, 다양하고 놀라운 첨단 소재에 대한 흥미로운 이야기가 담겨 있어 10대 어린이 청소년 독자들이 과학에 대한 깊은 관심을 가지게 될 거예요. 그리고 그중에서 우리 인류가 더 강하고 더 우수한 소재를 발견하고 발명하는 데 기여하는 과학자가 탄생할지도 모를 일이죠!

차례

1장 우리 삶을 바꾼 물질
세상과 우리를 만든 원소
원소 주기율표

2장 인류 문명을 이끈 금속과 합금
금속의 90% 이상을 차지하는 철 합금
다양한 합금들
/ 궁금 pick / 우리 모두는 철든 사람

3장 도자기에서 반도체까지, 세라믹
불에 구운 진흙
인체에도 사용되는 첨단 세라믹
/ 궁금 pick / 유리는 세라믹일까?

4장 거의 모든 재료를 대신할 수 있는 소재, 플라스틱
사람이 만들어 낸 인공 물질
다양한 플라스틱의 기능과 종류
편리함 속에 담긴 문제들
/ 궁금 pick / 플라스틱 분리배출 5문 5답

5장 석유에서 섬유로, 합성 섬유
최초의 합성 섬유
배트맨의 슈트를 만들 수 있을까?
/ 궁금 pick / 미세 섬유가 뭘까?

6장 꿈의 물질, 초전도체
아이언맨의 심장, 아크 원자로
상온 초전도체의 발전
/ 궁금 pick / 미리 가 보는 20XX년 ①

7장 세상을 바꿔 가는 반도체
마음대로 전기가 통하는 신기한 물질
다이오드, 트랜지스터, 반도체 칩
반도체의 미래
/ 궁금 pick / 미리 가 보는 20XX년 ②

8장 원자 단위까지 작아지면 변신하는 나노 물질
물질이 작아지면 일어나는 놀라운 일들
나노와 함께하는 첨단 기기와 의료 분야
나노 물질의 미래
/ 궁금 pick / 미리 가 보는 20XX년 ③

작가의 말