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수능의 기술 PARTⅠ.
수능 국어 영역 비문학지문
그 리 어 렵 지 않 아 요 !
수능 국어 영역 비문학지문
그 리 어 렵 지 않 아 요 !
2025학년도 6월 평가원 모의고사가 한 달 앞으로 다가왔다.
한정된 시간 내 광범위한 공부를 마쳐야 하는 수험생들을 위해, <테크 포커스>가 출제 가능성이 있는 산업 관련
내용을 모아봤다.
수능 국어 영역 비문학지문
2022학년도 수능 9월 모의평가 국어 영역
메타버스는어떤 기술인가?
2022년은 ‘메타버스’라는 말이 정보기술 IT 산업의 최대 화두 중하나였다. 메타버스는 현실 세계와 동일한 사회･경제･문화 활동이 이뤄지는 3차원 3D 의 가상 세계다. ‘나’는 현실
세계에 있으면서 가상의 세계로 들어가는, 가상과 현실이 융합된 새로운 세계를 의미한다.
메타버스는 360도의 시야 확보가 가능한 헤드셋 ‘HMD Head Mounted Display ’를 사용해 컴퓨터뿐 아니라 모든 종류의 디지털 환경과 연결된 가상 세계로 들어갈 수
있다.
소셜미디어에 밀렸던 메타버스가 확장되고 있는 이유는 가상현실 VR ･증강현실 AR 등 메타버스에 필요한 기술이 진보했기 때문이다. 가상현실은 실제와 유사하지만 실제가 아닌 인공 환경을 말한다. 증강현실은 현실 세계에 있는 물리적 객체에 텍스트, 이미지, 음성, 영상 등 디지털 데이터를 AR 디바이스를 통해 화면상에 보여주는 기술이다. 메타버스 안에서는 나를 대변하는 3D 아바타를 갖게 된다. 아바타는 게임 캐릭터 형태를 넘어 실제 얼굴과 똑같은 모습을 생성하고, 이아바타로 얼굴 표정을 통한 감정 전달과 모션 캡처를 통한 동작까지 똑같이 실시간으로 구현한다. 사람들은 아바타를 만들어 다른 사용자들과 채팅하거나 사진도 찍을 수 있다. 이것은 지금의 방식일 뿐아바타 기술은 더욱 발전할 전망이다. 미래엔 어떤 형태로 나의 분신을 갖게 될지 알 수 없다.
메타버스의 핵심 기술은 그래픽과 인공지능 AI 이다. AI와 만난 메타버스는 다양한 가능성을 만들어낸다. 메타버시티가 대표적이다. 메타버시티는 2021년 12월에 처음 나온 메타버스 공유 대학 플랫폼으로, 현재 국내 60여 개 전문대학 25만여 명의 대학생이 강의실과 캠퍼스로 활용하고 있는데 챗GPT와 같은 생성형 AI를 만나 폭발적 시너지를 얻고 있다. 대학생들은 자신의 아바타 위에 활성화된 CHATTER(챗GPT)와 대화하며 학습 서포터로 활용한다. 강의실은 AI로 생성한 360도 이미지를 배경으로 설정해 시공간의 제약을 벗어날 수있도록 했다. 따라서 원하는 장소를 메타버스 강의실로 구현할 수 있다.
인류는 지금 가상과 현실이 융합된 새로운 세계로 빠르게 이전 중이다.앞으로 그 속도는 점점 더 빨라질 것이고, 머지않은 미래에 우리는 현실 공간보다 메타버스에서 훨씬 많은 시간을 보내게 될지도 모른다.
소셜미디어에 밀렸던 메타버스가 확장되고 있는 이유는 가상현실 VR ･증강현실 AR 등 메타버스에 필요한 기술이 진보했기 때문이다. 가상현실은 실제와 유사하지만 실제가 아닌 인공 환경을 말한다. 증강현실은 현실 세계에 있는 물리적 객체에 텍스트, 이미지, 음성, 영상 등 디지털 데이터를 AR 디바이스를 통해 화면상에 보여주는 기술이다. 메타버스 안에서는 나를 대변하는 3D 아바타를 갖게 된다. 아바타는 게임 캐릭터 형태를 넘어 실제 얼굴과 똑같은 모습을 생성하고, 이아바타로 얼굴 표정을 통한 감정 전달과 모션 캡처를 통한 동작까지 똑같이 실시간으로 구현한다. 사람들은 아바타를 만들어 다른 사용자들과 채팅하거나 사진도 찍을 수 있다. 이것은 지금의 방식일 뿐아바타 기술은 더욱 발전할 전망이다. 미래엔 어떤 형태로 나의 분신을 갖게 될지 알 수 없다.
메타버스의 핵심 기술은 그래픽과 인공지능 AI 이다. AI와 만난 메타버스는 다양한 가능성을 만들어낸다. 메타버시티가 대표적이다. 메타버시티는 2021년 12월에 처음 나온 메타버스 공유 대학 플랫폼으로, 현재 국내 60여 개 전문대학 25만여 명의 대학생이 강의실과 캠퍼스로 활용하고 있는데 챗GPT와 같은 생성형 AI를 만나 폭발적 시너지를 얻고 있다. 대학생들은 자신의 아바타 위에 활성화된 CHATTER(챗GPT)와 대화하며 학습 서포터로 활용한다. 강의실은 AI로 생성한 360도 이미지를 배경으로 설정해 시공간의 제약을 벗어날 수있도록 했다. 따라서 원하는 장소를 메타버스 강의실로 구현할 수 있다.
인류는 지금 가상과 현실이 융합된 새로운 세계로 빠르게 이전 중이다.앞으로 그 속도는 점점 더 빨라질 것이고, 머지않은 미래에 우리는 현실 공간보다 메타버스에서 훨씬 많은 시간을 보내게 될지도 모른다.
2023학년도 대학수학능력시험 국어 영역
커피박을 이용하는 바이오 기술은?
2023학년도 대학수학능력시험 국어 영역에 커피박 coffee 粕, coffee grounds재활용 및 새활용 기술 관련 지문이 나왔다. 우리의 삶 속에 깊이 침투한 첨단
기술의 힘, 그리고 그 기술의 수요를 낳은 환경오염에 대해 생각해 보게 만드는 지문이었다.
커피 원두에서 커피액이 되는 부분은 0.2%에 불과하다. 나머지 99.8%는 ‘커피박’이라는 폐기물이 되어 버려진다. 커피 전문점에서 커피 1잔을 만들 때마다 20g의 커피박이 발생한다. 통계에 따르면 우리 국민 1명이 1년 동안 마시는 커피잔의 수는 평균 370잔. 이를 우리나라 인구 5000만 명으로 환산해보면, 한 해 동안 35만 톤의 커피박이 발생하게 되는 것이다. 그리고이 커피박을 소각 폐기하는 과정에서 톤당 338kg의 이산화탄소가 나온다. 물론 커피박을 방향제나 비료 등으로 재활용recycle하는 노력은 존재했다. 하지만 기술의 발전에 따라, 전에 없던 커피박의 새활용upcycle이 가능해지고 있다. 새활용이란 폐기물을 본래의 기능보다 새롭고 고등한 기능을 지닌 자원 또는 제품으로 재탄생시키는 과정이다. 커피박의 주성분은 목질계 바이오매스다. 즉, 화학적 효과를 지닌 유기물이라는 뜻이다. 이점을 이용해 커피박을 다양한 용도로 사용할 수 있다. 우선, 커피박은 탄소연료전지 등 전지의 에너지로 쓰일 수 있다. 탄소연료전지의 산화극에 커피박(사전에 열분해를 통해 비정질 탄소화한다)을 놓고, 환원극에 산소를 놓으면 전해질로 산소 이온이 지나가게 된다. 커피박이 산소 이온과 만나면 산화되어 이산화탄소가 되고, 이때 1개의 탄소가 4개의 전자를 만들어낸다. 이 전자들이 이동하면서 전기가 흐른다. 커피박은 수소도 포함하고 있으므로, 기존 탄소연료전지에서 발생하는 단전지 표면 오염 현상인 탄소 침적이 방지된다.
커피 원두에서 커피액이 되는 부분은 0.2%에 불과하다. 나머지 99.8%는 ‘커피박’이라는 폐기물이 되어 버려진다. 커피 전문점에서 커피 1잔을 만들 때마다 20g의 커피박이 발생한다. 통계에 따르면 우리 국민 1명이 1년 동안 마시는 커피잔의 수는 평균 370잔. 이를 우리나라 인구 5000만 명으로 환산해보면, 한 해 동안 35만 톤의 커피박이 발생하게 되는 것이다. 그리고이 커피박을 소각 폐기하는 과정에서 톤당 338kg의 이산화탄소가 나온다. 물론 커피박을 방향제나 비료 등으로 재활용recycle하는 노력은 존재했다. 하지만 기술의 발전에 따라, 전에 없던 커피박의 새활용upcycle이 가능해지고 있다. 새활용이란 폐기물을 본래의 기능보다 새롭고 고등한 기능을 지닌 자원 또는 제품으로 재탄생시키는 과정이다. 커피박의 주성분은 목질계 바이오매스다. 즉, 화학적 효과를 지닌 유기물이라는 뜻이다. 이점을 이용해 커피박을 다양한 용도로 사용할 수 있다. 우선, 커피박은 탄소연료전지 등 전지의 에너지로 쓰일 수 있다. 탄소연료전지의 산화극에 커피박(사전에 열분해를 통해 비정질 탄소화한다)을 놓고, 환원극에 산소를 놓으면 전해질로 산소 이온이 지나가게 된다. 커피박이 산소 이온과 만나면 산화되어 이산화탄소가 되고, 이때 1개의 탄소가 4개의 전자를 만들어낸다. 이 전자들이 이동하면서 전기가 흐른다. 커피박은 수소도 포함하고 있으므로, 기존 탄소연료전지에서 발생하는 단전지 표면 오염 현상인 탄소 침적이 방지된다.
비정질 탄소화된 커피박은 리튬 이온 배터리보다 더욱 용량이 큰차세대 배터리인 리튬-황 배터리의 원료로도 쓰일 수 있다. 이 배터리의 에너지원인 황은 부도체다. 따라서 전기가 잘
통하는 탄소와 제대로 접촉이 이루어져야 하는데, 커피박으로 만든 탄소가 그 역할을 할 수 있다.
탄화된 커피박은 여러 내구재의 원료로도 사용될 수 있다. 콘크리트 제조시 사용되는 모래의 10~15%를 커피박으로 대체할 수 있고, 플라스틱 제작 시 들어가는 플라스틱 중 35%를 커피박 필렛으로 대체할 수도 있다.
커피박 필렛은 합성 목재의 원료로도 사용 가능하다. 탄화된 커피박은 탄소가 주성분이므로, 해당 내구재의 강성을 높여준다. 2023년과 2024년, 1년 반 동안 전 세계 커피 생산량은 1억7140만 포대(1포대=60kg)에 달하므로, 관점을 달리하면 커피박은 쓰레기가 아니라 엄청난 보물 창고인 셈이다.
탄화된 커피박은 여러 내구재의 원료로도 사용될 수 있다. 콘크리트 제조시 사용되는 모래의 10~15%를 커피박으로 대체할 수 있고, 플라스틱 제작 시 들어가는 플라스틱 중 35%를 커피박 필렛으로 대체할 수도 있다.
커피박 필렛은 합성 목재의 원료로도 사용 가능하다. 탄화된 커피박은 탄소가 주성분이므로, 해당 내구재의 강성을 높여준다. 2023년과 2024년, 1년 반 동안 전 세계 커피 생산량은 1억7140만 포대(1포대=60kg)에 달하므로, 관점을 달리하면 커피박은 쓰레기가 아니라 엄청난 보물 창고인 셈이다.
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KEYWORD 1.
자율주행
자율주행은 사람이 운전하지 않고 스스로 알아서 목적지까지 데려다주는 기술. 지금은 운전자 없이도 주행할 만큼의 수준은 아니고, 부분 자동화된 2단계 자동차가 도로 위를 달리고 있다.
자율주행차에서 가장 앞선 미국의 전기자동차 기업 테슬라의 자율주행이 2단계 수준이다.
자율주행은 운전자가 얼마나 개입하느냐에 따라 6단계로 나뉜다. 0~2단계는 운전자가 운전을 하면서 각종 상황에 대응한다. 시스템이 보조 역할을 하지만 주체는 사람이다.
3~5단계(3단계: 조건부 자동화, 4단계: 고도 자동화, 5단계: 완전 자동화)는 시스템이 스스로 운전과 돌발 상황에 대처한다. 보통 3단계부터 자율주행차로
평가한다.
자율주행차는 인지, 판단, 제어라는 3가지 기능이 핵심이다. ‘인지’는 차량의 주변 상황을 감지하는 기술이다. 사람의 눈에 해당하는 카메라, 레이더, 라이다, GPS, 초음파 같은 여러 센서가 자동차들의 주행 속도, 도로 위를 오가는 사람들, 표지판과 차선, 교통신호, 장애물, 날씨와 도로 표면 상태 등의 모든 상황을 매 순간 감지해서 저장한다.
‘판단’은 인지 기술로 모은 데이터를 인공신경망의 딥러닝으로 분석해서 차의 움직임을 어떻게 할지 결정하는 기술이다. 출발과 멈춤, 속도, 방향 등을 결정한다. 이렇게 AI가 판단한 대로 차량을 움직이게 하는 기술이 ‘제어’이다. 자율주행차가 일상화되면 우리는 차 안에 앉아 영화를 보거나 책을 읽어도 된다. 전문가들은 2030년쯤이면 시내처럼 복잡한 도로에서 완전자율주행차가 달릴 것으로 보고 있다.
자율주행차는 인지, 판단, 제어라는 3가지 기능이 핵심이다. ‘인지’는 차량의 주변 상황을 감지하는 기술이다. 사람의 눈에 해당하는 카메라, 레이더, 라이다, GPS, 초음파 같은 여러 센서가 자동차들의 주행 속도, 도로 위를 오가는 사람들, 표지판과 차선, 교통신호, 장애물, 날씨와 도로 표면 상태 등의 모든 상황을 매 순간 감지해서 저장한다.
‘판단’은 인지 기술로 모은 데이터를 인공신경망의 딥러닝으로 분석해서 차의 움직임을 어떻게 할지 결정하는 기술이다. 출발과 멈춤, 속도, 방향 등을 결정한다. 이렇게 AI가 판단한 대로 차량을 움직이게 하는 기술이 ‘제어’이다. 자율주행차가 일상화되면 우리는 차 안에 앉아 영화를 보거나 책을 읽어도 된다. 전문가들은 2030년쯤이면 시내처럼 복잡한 도로에서 완전자율주행차가 달릴 것으로 보고 있다.
KEYWORD 2.
지능형 로봇
로봇은 ‘인간의 일을 대신하는 자동 장치 또는 인간 형태의 기계’를 말하는데, 적어도 세 가지의 기능인 센서(시각･촉각･청각 등 감각을 받아들이는 장치), 플랜(결정을 내리는
장치), 액추에이터(작동 장치)를 갖추고 있어야 한다. 예를 들어 스마트폰은 카메라와 마이크 센서가 있고, 고성능 컴퓨터도 탑재되어 계획을 세울 수 있지만 움직이지 않기 때문에
로봇은 아니다. 반면 “테이블 위의 수많은 과일 가운데 딸기만 골라 담아”라고 명령하면 팔을 들어 올려 딸기만 바구니에 담는 RT-2라는 로봇은 그야말로 지능형 로봇이다.
RT-2는 2023년 7월 구글이 선보였다.
지능형 로봇은 생성형 AI, 환경 인식, 메커니즘 등 3대 핵심 기술의 결합으로 이뤄진다. 이런 로봇 기술의 발전 방향은 ‘초거대 AI’를 접목한 ‘자율성 증가’이다. 초거대 AI는 딥러닝 기법을 쓰는 인공신경망 가운데서도 파라미터(매개변수)가 무수히 많은 AI를 뜻한다.
파라미터는 인간 뇌에서 정보를 학습하고 기억하는 시냅스와 유사한 역할을 한다. 그 때문에 파라미터가 많을수록 AI의 연산 능력이 높다. 현존하는 최고의 초거대 AI는 세계적인 인공지능 연구소 ‘오픈AI’가 만든 GPT-3 모델로 파라미터 수가 1750억 개다. 초거대 AI가 이미 대규모 언어 모델을 학습했기 때문에 로봇은 별도의 학습 없이도 사람의 목소리를 인식하고, 자율적으로 의사를 결정해 사용자가 원하는 임무를 수행할 수 있다.
지능형 로봇은 생성형 AI, 환경 인식, 메커니즘 등 3대 핵심 기술의 결합으로 이뤄진다. 이런 로봇 기술의 발전 방향은 ‘초거대 AI’를 접목한 ‘자율성 증가’이다. 초거대 AI는 딥러닝 기법을 쓰는 인공신경망 가운데서도 파라미터(매개변수)가 무수히 많은 AI를 뜻한다.
파라미터는 인간 뇌에서 정보를 학습하고 기억하는 시냅스와 유사한 역할을 한다. 그 때문에 파라미터가 많을수록 AI의 연산 능력이 높다. 현존하는 최고의 초거대 AI는 세계적인 인공지능 연구소 ‘오픈AI’가 만든 GPT-3 모델로 파라미터 수가 1750억 개다. 초거대 AI가 이미 대규모 언어 모델을 학습했기 때문에 로봇은 별도의 학습 없이도 사람의 목소리를 인식하고, 자율적으로 의사를 결정해 사용자가 원하는 임무를 수행할 수 있다.
“어느 날 아침, 가사 로봇이 잠을 깨운다. 식탁에는 이미 아침밥이 정갈하게 차려져 있다. 세수를 하고 밥을 먹는 사이 로봇은 입고 나갈 옷을 들고 온다. 퇴근 후 집에 돌아오니 청소
로봇이 집 안 대청소를 해놓았다.” 우리 일상에 파고들 미래 로봇의 모습이다.
KEYWORD 3.
AI 반도체
AI 반도체는 인공지능 응용 프로그램을 위해 설계된 반도체 칩이다.
대량의 데이터를 처리하고 머신러닝 알고리즘을 실행하는 데최적화되어 있으며, 높은 처리능력과 에너지 효율성을 제공한다.
AI 반도체 시장이 성장하며 떠오른 기업이 있으니 바로 엔비디아NVIDIA이다. 그래픽 처리 장치GPU제조기업인 엔비디아의 제품은 본래 그래픽을 처리하기 위해 설계되었는데, 병렬 처리 능력이 AI 계산에 유용하다는 것이 발견되며 다양한 AI 작업에 사용되고 있다. AI 반도체 시장에서 엔비디아의 영향력이 커지자 구글, 메타, 마이크로소프트, 아마존 등 글로벌 빅테크 기업들은 특정 기업에 대한 의존도를 줄이기 위해 자체 AI 반도체를 개발하고 있다.
한편, AI 모델이 점점 더 크고 복잡해짐에 따라 단순히 고성능의 계산 능력만으로는 충분하지 않게 되었다. 이에 AI 반도체와 직접 연결되는 고속 메모리 기술 HBMHigh Bandwidth Memory를 사용해 데이터 전송 속도와 처리능력을 향상시키고 있다. 국내 기업인 SK하이닉스와 삼성전자가이 HBM의 글로벌 주도권을 확보한 상태다.
대량의 데이터를 처리하고 머신러닝 알고리즘을 실행하는 데최적화되어 있으며, 높은 처리능력과 에너지 효율성을 제공한다.
AI 반도체 시장이 성장하며 떠오른 기업이 있으니 바로 엔비디아NVIDIA이다. 그래픽 처리 장치GPU제조기업인 엔비디아의 제품은 본래 그래픽을 처리하기 위해 설계되었는데, 병렬 처리 능력이 AI 계산에 유용하다는 것이 발견되며 다양한 AI 작업에 사용되고 있다. AI 반도체 시장에서 엔비디아의 영향력이 커지자 구글, 메타, 마이크로소프트, 아마존 등 글로벌 빅테크 기업들은 특정 기업에 대한 의존도를 줄이기 위해 자체 AI 반도체를 개발하고 있다.
한편, AI 모델이 점점 더 크고 복잡해짐에 따라 단순히 고성능의 계산 능력만으로는 충분하지 않게 되었다. 이에 AI 반도체와 직접 연결되는 고속 메모리 기술 HBMHigh Bandwidth Memory를 사용해 데이터 전송 속도와 처리능력을 향상시키고 있다. 국내 기업인 SK하이닉스와 삼성전자가이 HBM의 글로벌 주도권을 확보한 상태다.
KEYWORD 4.
항공우주 기술
항공우주 기술은 단순히 ‘인간을 하늘과 우주로 날게 해주는 기술’ 이상의 의미가 있다. 하늘과 우주를 선점한 국가는 전시와 평시를 막론하고 외국과의 경쟁에서 엄청난 우위를 차지할
수 있다.
유감스럽게도 과거 약소국이었던 우리나라는 열강들의 항공우주 기술 경쟁에 직접 뛰어들지 못했고, 경제력과 과학기술력이 충분히 성장된 20세기 후반부터, 항공우주 기술을 축적하기 시작했다. 현재 우리나라의 가장 대표적인 항공우주 기술 제품은 KAI(한국항공우주산업)에서 개발 제작한 KT-1 기본훈련기와 T-50 고등훈련기다. 공군 조종사 교육에 사용된다. 세계 여러 나라에서 운용 중인 공군 훈련기들의 퇴역 시점을 노리고 개발이 진행되었다. 자체 조종사 교육까지 포기하는 공군은 별로 없기 때문에 생각보다 훨씬 큰시장이다. 초음속 성능을 지닌 고등훈련기 T-50의 개발로 우리나라는 세계 12번째 초음속 항공기 개발 국가가 되었다. KAI는 KF-21 보라매 전투기도 개발하여 2022년 첫 비행을 실시, 2026년 공군에 실전 배치를 목표하고 있다. 그 외에도 헬리콥터인 KUH(수리온), LAH, 한국형 발사체 KSLV-I/II, 각종 무인기와 인공위성 등을 자체 개발하여, 21세기 우리 손으로 만든 항공기와 로켓, 우주선으로 하늘과 우주를 개척할 준비를 갖추고 있다.
유감스럽게도 과거 약소국이었던 우리나라는 열강들의 항공우주 기술 경쟁에 직접 뛰어들지 못했고, 경제력과 과학기술력이 충분히 성장된 20세기 후반부터, 항공우주 기술을 축적하기 시작했다. 현재 우리나라의 가장 대표적인 항공우주 기술 제품은 KAI(한국항공우주산업)에서 개발 제작한 KT-1 기본훈련기와 T-50 고등훈련기다. 공군 조종사 교육에 사용된다. 세계 여러 나라에서 운용 중인 공군 훈련기들의 퇴역 시점을 노리고 개발이 진행되었다. 자체 조종사 교육까지 포기하는 공군은 별로 없기 때문에 생각보다 훨씬 큰시장이다. 초음속 성능을 지닌 고등훈련기 T-50의 개발로 우리나라는 세계 12번째 초음속 항공기 개발 국가가 되었다. KAI는 KF-21 보라매 전투기도 개발하여 2022년 첫 비행을 실시, 2026년 공군에 실전 배치를 목표하고 있다. 그 외에도 헬리콥터인 KUH(수리온), LAH, 한국형 발사체 KSLV-I/II, 각종 무인기와 인공위성 등을 자체 개발하여, 21세기 우리 손으로 만든 항공기와 로켓, 우주선으로 하늘과 우주를 개척할 준비를 갖추고 있다.
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소부장 요점 정리
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POINT 1.
유리기판
AI 반도체 시대가 열리자 반도체기판으로 광섬유 소재의 ‘유리기판’이 떠오르고 있다. 광섬유는 빛신호를 전달하는 가느다란 유리 또는 플라스틱 섬유의 일종이다. 현재 주로 사용되는
소재는 플라스틱 계열이다.
반도체기판은 반도체칩과 컴퓨터 메인보드를 연결하는 부품인데, 소재로 연결하느냐에 따라 반도체의 성능이 결정된다. 유리기판의 강점은 신호전달 속도와 전력효율. 플라스틱 소재는 표면이 거칠어 미세 회로를 형성하기 어려운 반면 유리기판은 표면이 평탄해 미세 회로 구현이 쉽고 넓은 면적의 제작이 가능하다. 기판의 면적이 넓으면 더많은 칩이 탑재돼 고속 데이터 전송에 유리하다. 또 추가 기판 없이도 내부에 전류를 일정하게 흐르게 하는 반도체 소자를 내장할 수 있어 전력 효율이 높다. 이미 국내외 글로벌 반도체 기업에서 유리기판 도입을 추진 중이다.
반도체기판은 반도체칩과 컴퓨터 메인보드를 연결하는 부품인데, 소재로 연결하느냐에 따라 반도체의 성능이 결정된다. 유리기판의 강점은 신호전달 속도와 전력효율. 플라스틱 소재는 표면이 거칠어 미세 회로를 형성하기 어려운 반면 유리기판은 표면이 평탄해 미세 회로 구현이 쉽고 넓은 면적의 제작이 가능하다. 기판의 면적이 넓으면 더많은 칩이 탑재돼 고속 데이터 전송에 유리하다. 또 추가 기판 없이도 내부에 전류를 일정하게 흐르게 하는 반도체 소자를 내장할 수 있어 전력 효율이 높다. 이미 국내외 글로벌 반도체 기업에서 유리기판 도입을 추진 중이다.
POINT 2.
초전도체
전력을 효율적으로 전달하는 ‘초전도체’는 특정 온도 이하에서 전기저항이 0이 되는 성질을 갖는 물질이다.
전기는 전기저항이 낮을수록 잘 통한다. 전기저항이 0이면 전류가 아무런 저항 없이 흘러 송전 중에 전력 손실이 없다. 문제는 초전도 현상이 극저온에서만 이뤄진다는 점이다. 그래서 자기공명영상장치 MRI , 자기부상열차 등에서 초전도 자석을 냉각시키는 데 값비싼 액체 헬륨(-269℃)이나 액체 질소(-196℃) 등을 사용한다. 반도체 공정에서 과열된 웨이퍼를 식히는 데도 쓰인다. 만약 냉각 과정 없이 상온･상압에서 초전도 현상을 보이는 초전도체가 현실화된다면 핵융합 발전･양자컴퓨터의 상용화 등 혁신적 미래가 열릴 것이다. 세계가 상온 초전도체 개발에 주목하는 이유다.
전기는 전기저항이 낮을수록 잘 통한다. 전기저항이 0이면 전류가 아무런 저항 없이 흘러 송전 중에 전력 손실이 없다. 문제는 초전도 현상이 극저온에서만 이뤄진다는 점이다. 그래서 자기공명영상장치 MRI , 자기부상열차 등에서 초전도 자석을 냉각시키는 데 값비싼 액체 헬륨(-269℃)이나 액체 질소(-196℃) 등을 사용한다. 반도체 공정에서 과열된 웨이퍼를 식히는 데도 쓰인다. 만약 냉각 과정 없이 상온･상압에서 초전도 현상을 보이는 초전도체가 현실화된다면 핵융합 발전･양자컴퓨터의 상용화 등 혁신적 미래가 열릴 것이다. 세계가 상온 초전도체 개발에 주목하는 이유다.
POINT 3.
그래핀
탄소의 동소체 중 하나로 망사mesh 와 비슷하게 생겼다. 탄소 원자들이 육각형 모양으로 배열및 연결되어 있다. 얇고 가벼우 면서 내구성이 뛰어나고 독특한
물리적·화학적 성질 때문에 활용 범위가 넓다. 또한 탄소 원자 한 겹으로 되어 있기 때문에 투명도도 높다. 기계 부품이나 방탄복 등 가벼우면서도 높은 내구성이 필요한 제품의 소재,
디스플레이·이차전지·태양전지·자 동차 등 우수한 열 전도도와 전자이동도가 요구되는 전기·전자 제품의 소재로 각광받고 있다.
POINT 4.
폴리올레핀 엘라스토머 POE
친환경 재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 태양광 패널 필름 신소재인 폴리올레핀 엘라스토머 POE 가 주목받고 있다. 태양광 패널은 태양광을 전기에너지로
바꿔주는 태양전지와 태양전지를 보호하는 필름(봉지재) 등으로 구성되는데, 접착성이 뛰어난 필름이 공기와 수분 등을 차단해 태양전지의 방어 역할을 하고 있다. 현재 가장 많이 쓰이는
필름 소재는 에틸렌초산비닐이다 EVA . EVA는 분자구조상 산소가 많아 물과의 결합이 쉽기 때문에 물이 침투할 가능성이 있다. 반면 POE는 산소가 없어 물이
쉽게 붙지 않는다. 따라서 물 위나 습도가 높은 곳에 설치하는 태양광 패널이나 수분에 취약한 고효율 패널을 쓸 때 유익하다.
또 탄성이 높고 충격 강도가 뛰어나 태양광 패널을 조금 더 오래 튼튼하게 사용할 수있다.
또 탄성이 높고 충격 강도가 뛰어나 태양광 패널을 조금 더 오래 튼튼하게 사용할 수있다.
POINT 5.
파인 세라믹스
세라믹스는 도자기를 뜻한다. 도자기는 뜨거운 불로 구워지기에 열에 강하다는 장점이 있다. 경도와 내식성, 전기절연성도 높다. 그러나 기계적 충격에 약하고, 천연 소재를 원시적으로
가공하므로 물성을 조절하기 어렵다는 단점도 존재한다. 파인 세라믹스는 기존 세라믹의 문제를 해결하기 위해 개발됐다. 만들기에 따라 기존의 세라믹 재료와 비교할 수 없이 다양하고
우수한 전기적, 공학적, 구조적 특징을 갖게 할 수 있다.
나무에서 나오는 천연수지와 인간이 만든 합성수지(플라스틱) 간의 관계와 비슷하다고 보면 된다. 철이나 플라스틱에 비해 더욱 나은 물성을 부여할 수 있는 제3의 소재로 각광받고 있으며, 사용처도 전기, 전자, 구조, 의료, 교통 등 실로 무궁무진하다.
나무에서 나오는 천연수지와 인간이 만든 합성수지(플라스틱) 간의 관계와 비슷하다고 보면 된다. 철이나 플라스틱에 비해 더욱 나은 물성을 부여할 수 있는 제3의 소재로 각광받고 있으며, 사용처도 전기, 전자, 구조, 의료, 교통 등 실로 무궁무진하다.
POINT 6.
형상기억합금
문자 그대로 ‘자신의 형상을 기억하는 합금’이다. 더 정확히 말하면, 변형되어도 열을 가해 특정한 온도를 맞춰주면 원래의 형상으로 돌아가는 합금이다. 형상기억합금의 원리는
1938년 하버드대학교의 그레닝거 교수와 MIT공대의 무래디언 교수가 발견했다. 어떤 변형된 금속에 열을 가했더니 원래의 형상으로 되돌아가는 현상을 발견한
것이다.
형상기억합금은 제조하기에 따라 3가지 기억 방식을 갖게 할 수 있다.
첫 번째는 1방향 기억이다. 합금을 저온에서 변형시킨 후 일정한 온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 회복되고, 온도를 다시 낮춰도 변형되었던 상태로는 돌아가지 않는 것이다. 두 번째는 2방향 기억이다. 고온에서의 형상과 저온에서의 형상을 동시에 기억한다. 세 번째는 초탄성 거동이다. 힘을 주어 늘어나게 한 다음 힘을 제거하면 고무처럼 곧바로 원래의 크기로 돌아가는 것을 말한다.
형상기억합금은 매우 여러 분야에서 사용되고 있다. 사람의 체온으로 부피가 커지는 스텐트, 역시 사람의 체온으로 적절한 형태를 유지하는 브래지어 와이어 등인간의 삶에 밀착된 것도 있다.
형상기억합금은 제조하기에 따라 3가지 기억 방식을 갖게 할 수 있다.
첫 번째는 1방향 기억이다. 합금을 저온에서 변형시킨 후 일정한 온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 회복되고, 온도를 다시 낮춰도 변형되었던 상태로는 돌아가지 않는 것이다. 두 번째는 2방향 기억이다. 고온에서의 형상과 저온에서의 형상을 동시에 기억한다. 세 번째는 초탄성 거동이다. 힘을 주어 늘어나게 한 다음 힘을 제거하면 고무처럼 곧바로 원래의 크기로 돌아가는 것을 말한다.
형상기억합금은 매우 여러 분야에서 사용되고 있다. 사람의 체온으로 부피가 커지는 스텐트, 역시 사람의 체온으로 적절한 형태를 유지하는 브래지어 와이어 등인간의 삶에 밀착된 것도 있다.
POINT 7.
탄소섬유 강화 플라스틱
탄소섬유를 첨가하여 강도를 높인 플라스틱으로, carbon fiber reinforced plastic 약자인 CFRP로도 불린다. 강성과 내화학성, 내열성이 우수하면서도 무게가
가볍다. 대부분의 플라스틱은 화학적으로 안정되어 있어 산화(녹 발생 또는 부패)되지 않지만, 열에 약하고 한 번 크랙(금)이 발생하기 시작하면 물리적 내구성을 회복할 수 없다.
이에 탄소섬유를 결합하여 플라스틱의 물성을 크게 향상시킨 것이다. 탄소섬유 강화 플라스틱은 가볍지만 강성이 뛰어나고 녹슬면 안 되는 부품이 필요한 모든 장소에 다 사용될 수 있다.
보잉787 같은 항공기의 기체 소재로도 쓰인다. 플라스틱의 특성상 큰 부품도 별도의 결합용 부품이 필요 없이 처음부터 한 덩어리로 찍어낼 수 있고, 줄어든 기체 무게는 고스란히
연비의 향상으로 이어지기 때문이다. 녹슬 위험이 없으므로 유지관리 또한 수월하다.
POINT 8.
가성 칼륨
산업의 소금이라 불리는 ‘가성 칼륨 KOH (수산화칼륨)’은 한국이 세계 시장점유율 30%를 차지할 만큼 앞서 있다. 가성 칼륨은 물에잘 녹고 알칼리성이 강한
화합물.
태양전지･농약･비료 등을 만들때 필수적으로 쓰이며 의약품, 식품첨가물로도 많이 사용한다. 가성 칼륨의 원재료는 소금의 일종인 염화칼륨KCl이다. 염화칼륨 수용액을 전기분해하면 칼륨K, 염소Cl, 수소H2로 쪼개지고, 칼륨을 수산화이온OH-과 반응시키면 가성 칼륨이 만들어진다.
태양전지･농약･비료 등을 만들때 필수적으로 쓰이며 의약품, 식품첨가물로도 많이 사용한다. 가성 칼륨의 원재료는 소금의 일종인 염화칼륨KCl이다. 염화칼륨 수용액을 전기분해하면 칼륨K, 염소Cl, 수소H2로 쪼개지고, 칼륨을 수산화이온OH-과 반응시키면 가성 칼륨이 만들어진다.
김형자 과학 칼럼니스트
청청소년 과학 잡지 편집장을 지냈으며, 현재 과학 칼럼니스트와 저술가로 활동 중이다. 문화체육관광부 , <조선일보>, <주간조선>,
<시사저널> 등의 매체에 과학 칼럼을 연재하고 있다. 저서로는 <구멍에서 발견한 과학>, <먹는 과학책>, <지구의 마지막 1분> 등이 있다.
공감>
이동훈 과학 칼럼니스트
<월간 항공> 기자, <파퓰러사이언스> 외신 기자 역임. 현재 과학/인문/국방 관련 저술 및 번역가. <과학이 말하는 윤리>, <화성 탐사>,
<미래의 전쟁>, <위대한 파리>, <오퍼레이션 페이퍼클립> 등의 과학 서적을 번역했다.
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