볼펜 아닌 샤프펜슬이 더 좋은 이유는…

[나노 세계 여행] 샤프심의 비밀

길을 걷다 보면 곳곳에서 사진을 찍는 사람의 모습을 쉽게 볼 수 있습니다. 성능이 좋은 카메라가 널리 보급되면서, 세상의 모든 것이 피사체가 되었습니다. 바야흐로, '사진의 시대'입니다. 이런 흐름에서 과학도 예외가 아닙니다.

오늘날 과학의 가장 중요한 화두 중 하나는 '나노(1㎚=10억 분의 1m)' 세계의 비밀을 파헤치는 것입니다. 이런 나노 세계를 항해하는 과학자들에게 나침반 역할을 하는 것이 바로 '사진'입니다. 주사터널링현미경(STM·Scanning Tunneling Microscopy), 주사전자현미경(SEM·Scanning Electron Microscopy) 등을 이용해서 나노 세계를 들여다볼 수 있게 되었기 때문입니다.

그렇다면, 사진으로 본 나노 세계의 모습은 어떨까요? 홍진기 미국 MIT 연구원(화학공학과 Post-Doctor)과 강상욱 상명대학교 교수(화학과)가 여러분에게 나노 세계의 비밀을 살짝 보여줍니다. 일주일에 화, 목 두 차례씩 여러분을 찾아갈 세상에서 제일 신기한 사진과 함께하는 특별한 과학 에세이 '나노 세계 여행'을 놓치지 마십시오. <편집자>

ⓒ홍진기

ⓒ홍진기

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세계 각지의 유명 관광지에서 많은 사람들이 자신의 흔적을 여기저기 남겨놓은 것을 누구나 한 번쯤은 본 적이 있을 것이다. 인간은 언제나 자신을 표현하고 표출하면서 정신적인 안정을 갖게 되는데 낙서나 기록의 작업은 정신적으로 스스로를 지키고 다른 사람에게 전달되어 사회적, 시대적 교류를 원활히 할 수 있기 때문에 더욱더 의미 있는 활동이다.

낙서는 선사시대의 무덤 벽화부터 대통령의 메모까지 우리 주변에서 시간과 공간을 초월하여 이루어진다. 낙서나 기록의 방법은 크게 나타내고자 하는 문양을 날카로운 예리한 도구로 흠을 내어 나타내었던 음각 기법과 기판에 접착력이 있는 물질이 묻어 나오게 하여 문양을 남기는 양각 기법으로 나눌 수 있다.

사람들은 그들의 표현 욕구를 그림이나 문자를 이용하여 손쉽게 표현하기 위하여 다양한 물질을 사용하였는데 그 중에서도 탄소 계열의 자연 성분인 흑연이 주재료인 연필은 잉크를 사용하는 볼펜이나 만년필보다 종이에 대한 접착력이 오히려 강하면서도 고무를 이용해 손쉽게 수정이 가능해 깨끗하고 안전한 필기도구로 자리 잡았다.

연필의 역사는 1564년 영국 캠브리아 산맥에서 발견 된 흑연 광산에서부터 시작되었고, 현재는 샤프펜슬의 형태로 많이 애용되고 있다. 전자현미경 사진에서 볼 수 있듯이 샤프심은 약 600㎛ 두께를 갖는 얇고 가공된 흑연과 점토의 조합덩어리라고 할 수 있다. 고배율의 이미지로 자세히 들여다보면(세 번째) 판상 구조의 흑연 입자들의 결합을 볼 수 있는데 이러한 흑연 입자들끼리의 힘은 그리 크지 않아서, 우리가 힘을 주었을 때, 이런 흑연들이 떨어져 나가면서 글씨를 쓸 수 있는 것이다.