◆탄소나노튜브의 성질

탄소나노튜브란 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합해 튜브형태를 이루고 있는 물질이다. 종이 위에 벌집무늬를 그린 후 종이를 둥글게 말면 나노튜브 구조가 된다. 종이를 말 때 어느 각도로, 지름을 어느 정도로 하느냐에 따라 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하고 전기가 잘 통하지 않는 반도체가 되기도 한다. 튜브의 지름은 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 수준으로 매우 가늘다.

탄소나노튜브는 전기 전도도가 전선에 쓰이는 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 우수한 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 또 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％가 변형돼도 견딜 수 있는 등의 장점을 갖고 있다.

◆탄소나노튜브의 활용

미래의 신소재로 불리는 탄소나노튜브는 첨단 전자산업에서 일상생활용품 소재까지 모든 분야에서 활용이 가능하다.

탄소나노튜브의 지름을 조절하면 도체가 반도체로 바뀌어 기존 실리콘의 1만 배에 해당하는 집적도를 가진 메모리 칩을 만들 수 있다. 또 미세한 전류에도 많은 전자가 튀어나오는 탄소나노튜브의 성질과 나노단위의 크기를  이용하면 두께가 얇고 전력 소모가 매우 적은 평면 브라운관을 제작할 수 있다. 최근 삼성기술연구원은 이 소재를 이용해 얇은 막 형태의 브라운관을 개발하고 있다.

또 탄소나노튜브는 응용기술에 따라 전구의 대체소재, 우주복 제작에 쓰이는 초강력 섬유, 휴대전화 충전기, 수소연료전지, 생체 센서 등에서 응용기술에 따라 무궁무진하게 활용될 수 있다.

◆반도체 소재로 각광받고 있는 탄소나노튜브

현재 실리콘 등의 반도체를 증폭소자(전류나 전압을 증폭시키는 소자)인 트랜지스터 등에 이용하기 위해서는 반드시 ‘도핑(dopping)’이라는 과정을 거쳐야 한다. 도핑은 전기가 거의 통하지 않는 순수한 반도체에 붕소(boron), 인(phosphorus)과 같은 소량의 불순물을 첨가해 미량의 전류가 흐를 수 있도록 하는 과정이다. 도핑과정을 거친 반도체 소자는 컴퓨터, 각종 통신장비 등의 제작에 이용된다.

탄소나노튜브 한 개 한 개는 도핑하기가 매우 까다로워 반도체로 응용하기 힘들다. 그러나 여러 가닥이 모인 탄소나노튜브 다발을 이용해 반도체 소자를 만들면 이 도핑과정을 생략할 수 있다. 튜브와 튜브가 모여 상호작용을 하는 과정에서 저절로 도핑된 반도체의 성질을 띠게 되기 때문이다. 이렇게 되면 반도체 소자 제작공정에서 따로 도핑하는 과정이 없어지기 때문에 대량생산이 용이하다.

또한 탄소나노튜브의 지름은 현재까지 개발된 최첨단 집적회로의 100분의 일이며 넓이는 1만분의 일이기 때문에 현재보다 1만 배 정도 집적도가 높은 칩을 만들 수 있다. 집적소자를 연결해 만드는 기억소자는 그 집적도가 테라(1조)바이트(bite)에 이르게 된다. 즉 엄지손톱만한 면적에 브리태니커백과사전 전질의 100배에 가까운 정보를 저장할 수 있는 것이다.