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>
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| ⓒ홍진기 |
우리는 수많은 인쇄물 속에서 지낸다. 인쇄술의 발달은 상상보다 크게 인간 삶의 거의 모든 분야에서 직, 간접적인 영향을 주었다. 빠르고 쉽게 지식과 정보를 타인에게 시간과 공간의 제약 없이 전달할 수 있는 인쇄술의 발달은 소수의 사람들이 독점하던 지식을 개개인이 직접 접할 수 있게 해 주었다.
이로 인해 정치, 종교, 사회, 문화적으로 지식을 공유하는 사람들이 늘어나면서 특정 계층의 사람들이 비합리적으로 지배하던 계층 구조가 깨는 중요한 역할을 하였다. 또 양질의 인쇄물이 늘어나면서 사람들로 하여금 글을 배워야 하는 이유를 제공하여 문맹률을 낮출 수 있었다. 즉, 인쇄술의 발달은 여러 가지 사회적 이슈들이 선순환 구조를 이루어 인류와 문명의 발전을 비약적으로 이루는데 초석이 되었다고 할 수 있다.
우리가 매일 보고 있는 책들과 광고지, 신문, 서류 등 넘쳐나는 인쇄물을 자세히 들여다보면 어떤 모습일까? '강&홍'이라 출력된 종이를 전자 현미경으로 들여다보자(왼쪽). 저배율의 현미경으로 확인한 이미지는 또렷하게 종이 위에 글씨가 쓰여 있는 것을 확인 할 수가 있다. 파란색 네모 부분을 조금 더 확대해서 고배율로 들여다보자(오른쪽).
사진의 상단 부분은 이미 다룬 적이 있는, 나무 섬유질 배열의 종이 이미지이지만 하단 부분은 잉크로 보이는 물질이 종이에 강하게 달라붙어 있는 모습을 볼 수 있다. 바로 종이에 출력된 글씨의 모습인 것이다. 이는 종이에 토너 가루가 고열에 압착된 상태로 밀착된 상태인데 레이저 프린터의 출력 원리를 살펴보면 쉽게 이해가 된다.
거의 모든 인쇄물을 담당하는 레이저 프린터의 원리는 매우 간단한 정전기적 상호작용에 의해서 개발되었다. 즉, 금속 원통에 전기를 흘려주어 양전하를 띠게 하고 레이저의 방향을 조절해서 원통에 글씨 모양(실제 찍히고자 하는 이미지)으로 빛을 비추는데 이 때 빛을 받은 부분은 전자가 나와 음의 전기를 갖게 되고 배경은 그대로 양의 전기로 남게 된다.
그리고 토너 가루에 양의 전기를 띠게 하여 원통에 뿌리면 원통에서 음의 전기를 가진 글씨 모양에 토너 가루가 붙게 되고 나머지 부분은 양의 전기를 갖고 있으므로 토너가 붙지 않게 된다. 이 때 토너 가루가 종이에 있는 정전기에 달라붙으면서 글씨가 종이에 출력되게 되는데 종이와 약한 결합을 가지고 있는 토너 가루를 약 600~700도의 고열로 종이에 압착시키는 원리를 취한다.
우리가 고배율 이미지에서 볼 수 있는 글씨의 모습은 바로 토너 가루가 고열에 녹아 종이에 강하게 압착되어 있는 상태인 것이다. 결국 아주 작은 과학 원리가 인쇄술의 발달을 가져오게 되었고, 세상을 이끌어가고 바꿀 수 있는 힘인 것이다. 바로 과학 기술의 커다란 매력이 아닐 수 없다.
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