탄소재료의 힘(미래를 열어가는)(블루북스 4)
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과학에 대해 이야기하는 「블루북스」 제4권 『미래를 열어가는 탄소재료의 힘』. 다양한 형태와 구조를 지닌 탄소 원자만으로 구성된 고체 물질을 대상으로 한 '탄소 재료'에 대해 다룬다. 에너지와 환경 문제의 핵심이 될 탄소 재료를 이용하여 이산화탄소로 인한 온난화 문제를 해결하는 데 도움을 얻을 수 있다. 중학생이나 고등학생 정도의 과학 지식만으로도 이해가 가능하도록 기술했다.
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출판사 리뷰
출판사 리뷰
미래를 열어가는 탄소재료의 힘
인류는 유사 이전부터 탄소와 함께 문명을 발전시켜 왔다. 원시 시대의 숯과 목탄에서 비롯하여, 제철 산업에서 중요한 역할을 하는 코크스, 현대에 와서는 활성탄이나 탄소섬유로 모습과 형체를 달리하면서 인간 사회 발전에 공헌하여 왔다. 최근에는 나노 기술을 탄생시킨 풀러렌, 탄소 나노 튜브 및 그래핀의 출현으로 일약 21세기 과학 기술 분야의 총아가 될 전망이다.
고체로서의 탄소재료는 오직 한 종류의 원소로만 되어 있다. 그럼에도 불구하고 탄소재료는 다른 원소와는 다르게 다양한 구조와 형태로 변신하는 천의 얼굴을 가진 물질이다. 이 책에서는 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 설명하였으며, 이 책에서 다룬 내용은 다음과 같다.
* 탄소재료의 개론
* 탄소재료의 구조와 조직
* 탄소재료의 성질과 용도
* 첨단 기술을 열어가는 풀러렌, 탄소 나노튜브, 그래핀과 탄소섬유
인류는 유사 이전부터 탄소와 함께 문명을 발전시켜 왔다. 원시 시대의 숯과 목탄에서 비롯하여, 제철 산업에서 중요한 역할을 하는 코크스, 현대에 와서는 활성탄이나 탄소섬유로 모습과 형체를 달리하면서 인간 사회 발전에 공헌하여 왔다. 최근에는 나노 기술을 탄생시킨 풀러렌, 탄소 나노 튜브 및 그래핀의 출현으로 일약 21세기 과학 기술 분야의 총아가 될 전망이다.
고체로서의 탄소재료는 오직 한 종류의 원소로만 되어 있다. 그럼에도 불구하고 탄소재료는 다른 원소와는 다르게 다양한 구조와 형태로 변신하는 천의 얼굴을 가진 물질이다. 이 책에서는 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 설명하였으며, 이 책에서 다룬 내용은 다음과 같다.
* 탄소재료의 개론
* 탄소재료의 구조와 조직
* 탄소재료의 성질과 용도
* 첨단 기술을 열어가는 풀러렌, 탄소 나노튜브, 그래핀과 탄소섬유
목차
목차
제1부 탄소 재료란 무엇인가?
1. 탄소 재료 개론 / 12
1.1. 프롤로그 / 12
1.2. 숯의 힘 / 13
1.3. 21세기를 뒷받침하는 재료 / 16
1.4. 새로운 탄소 동소체의 등장 / 19
2. 다양한 구조와 조직 / 21
2.1. 탄소 원자의 세 가지 얼굴 / 21
2.2. 탄소의 동소체 / 25
2.3. 탄소의 탄생과 그 모습 / 27
2.4. 탄소 재료의 성질을 결정하는 조직 / 35
2.5. 탄소 재료 중 세공의 작용 / 37
3. 탄소 재료 제조법, 성질과 용도 / 39
3.1. 탄소 원자의 성질 / 39
3.1.1. 탄소는 강하다! / 39
3.1.2. 원자로 내부의 탄소는 중성자 속도를 조절한다! / 43
3.2. 탄소 원자의 세 가지 결합 형식과 그 재료 / 44
3.2.1. 연필심은 왜 미끄러운가? / 44
3.2.2. 다이아몬드와 숯의 튀기 재료 / 46
3.3. 탄소의 탄생과 성장 / 47
3.3.1. 열로 자라나는 탄소 / 47
3.3.2. 세 쌍둥이의 혼 / 49
3.4. 탄소 망면의 배열 방법 / 49
3.4.1. 강한 탄소 재료의 본체 / 49
3.4.2. 등방성 구조를 만드는 두 가지 방법 / 51
3.5. 제품 형상에 따라 변하는 성질 / 55
3.5.1. 0차원 탄소 재료에서 3차원 탄소 재료 / 55
3.6. 기타의 구조와 조직 / 57
3.6.1. 세공 탄소 재료의 용도 / 57
3.6.2. 다시 각광 받는 목탄 / 59
3.6.3. 검은 유리 / 61
3.7. 복합 재료 / 64
3.7.1. 미크로 복합화 / 64
3.7.2. 마크로 볼합화 / 69
제2부 첨단 기술을 열어 가는 탄소 재료
1. 흑연과 활성탄 / 80
1.1. 에너지 저장고 / 80
1.1.1. 리튬 이온 2차 전지 / 80
1.1.2. 전기 이중층 축전기 / 91
1.2. 가스 저장용 탄소 / 98
1.2.1. 운송용 에너지로서의 천연가스 / 98
1.2.2. 탄소에 메탄을 저장하는 방법 / 101
1.2.3. 수소 저장용 탄소 / 107
2 환경 분야에서 활약하는 탄소 재료 / 118
2.1. 탄소 재료의 역할 / 118
2.1.1. 악취와 유해물 제거 및 회수 / 118
2.1.2. 황과 질소 산화물의 제거 / 121
2.1.3. 프론과 다이옥신 제거 / 125
2.1.4. 유출된 원유 흡수 / 127
2.2. 탄소 섬유의 예상 밖 효용 / 128
2.2.1. 물을 정화한 예 / 130
2.2.2. 탄소 섬유로 물을 정화하는 방법 / 133
2.2.3. 환경을 수복하는 인공 녹조장 / 136
3. 나노 과학 기술의 원조 풀러렌 / 142
3.1. 풀러렌의 매력 / 143
3.2. 자연의 신비 풀러렌 / 145
3.3. 내향면체 풀러렌 / 147
3.3.1. 내향면체 금속 풀러렌 / 148
3.3.2. 비금속이 도핑된 풀러렌 / 149
3.4. 외향면체 풀러렌 / 150
3.4.1. 수소 저장 / 151
3.4.2. 의학용 풀러렌 / 151
3.4.3. 나노 꼬투리 / 153
3.5. 풀러렌의 용도 / 153
3.5.1. 유기 광전 변환 장치 / 153
3.5.2. 알츠하이머 치매 치료 풀러렌 / 154
3.5.3. 폴리머 첨가제 / 156
4. 탄소 나노튜브의 매력과 가능성 / 157
4.1. 김밥의 매력 / 157
4.1.1. 탄소 나노튜브의 발견 / 158
4.1.2. 탄소 나노튜브는 변화무쌍 / 159
4.2. 탄소 나노튜브의 응용 / 162
4.2.1. 꿈의 초미니 전자 기기 / 162
4.2.2. 브라운관과 액정 디스플레이 / 164
4.2.3. 필드 에미션 디스플레이 / 166
4.2.4. FED 전자총 / 168
4.2.5. 나노튜브를 전자 방출원으로 한 방전관 / 170
4.3. 나노튜브를 전자 방출원으로 한 FED 제조법 / 171
4.3.1. 나노튜브를 붙이기 / 171
4.3.2. 나노튜브 일치시키기 / 172
4.3.3. 많은 양의 나노튜브 만들기 / 173
4.3.4. 주사형 프로브 현미경의 탐침 / 173
4.4. 탄소 나노튜브의 다릉 응용 예 / 175
5. 우리의 삶을 바꿀 경이로운 그래핀 / 176
5.1. 꿈의 신소재 그래핀이란 무엇인가? / 176
5.2. 그래핀의 발견 / 179
5.3. 패러독스 세상에서 / 181
5.4. 그래핀의 응용 / 182
5.4.1. 꿈의 트랜지스터 / 182
5.4.2. 오염물 감시 화학 센서 / 184
5.4.3. 그래핀 결함 효과를 이용한 센서 / 187
5.4.4. 초조밀 저장 매체 / 187
5.4.5.에너지 저장 / 188
5.4.6. 광학 장치 : 태양 전지와 구부릴 수 있는 터치스크린 / 188
6. 탄소 섬유 / 189
6.1. 탄소 섬유란 무엇인가? / 189
6.1.1. 개발, 공업화의 역사 / 190
6.1.2. 응용의 개황 / 191
6.2. 제품과 제조 기술의 동향 / 193
6.2.1. 탄소 섬유의 종류와 특성 / 193
6.2.2. 제조 방법 개요 / 196
6.2.3. 제조 기술의 동향 / 199
7. 탄소 재료의 미래 전망 / 211
7.1. 탄소 재료의 개발 역사 / 211
7.2. 화학으로부터 물리로, 그리고 … / 214
7.3. 탄소 재료 개발의 미래 / 215
찾아보기 / 220
1. 탄소 재료 개론 / 12
1.1. 프롤로그 / 12
1.2. 숯의 힘 / 13
1.3. 21세기를 뒷받침하는 재료 / 16
1.4. 새로운 탄소 동소체의 등장 / 19
2. 다양한 구조와 조직 / 21
2.1. 탄소 원자의 세 가지 얼굴 / 21
2.2. 탄소의 동소체 / 25
2.3. 탄소의 탄생과 그 모습 / 27
2.4. 탄소 재료의 성질을 결정하는 조직 / 35
2.5. 탄소 재료 중 세공의 작용 / 37
3. 탄소 재료 제조법, 성질과 용도 / 39
3.1. 탄소 원자의 성질 / 39
3.1.1. 탄소는 강하다! / 39
3.1.2. 원자로 내부의 탄소는 중성자 속도를 조절한다! / 43
3.2. 탄소 원자의 세 가지 결합 형식과 그 재료 / 44
3.2.1. 연필심은 왜 미끄러운가? / 44
3.2.2. 다이아몬드와 숯의 튀기 재료 / 46
3.3. 탄소의 탄생과 성장 / 47
3.3.1. 열로 자라나는 탄소 / 47
3.3.2. 세 쌍둥이의 혼 / 49
3.4. 탄소 망면의 배열 방법 / 49
3.4.1. 강한 탄소 재료의 본체 / 49
3.4.2. 등방성 구조를 만드는 두 가지 방법 / 51
3.5. 제품 형상에 따라 변하는 성질 / 55
3.5.1. 0차원 탄소 재료에서 3차원 탄소 재료 / 55
3.6. 기타의 구조와 조직 / 57
3.6.1. 세공 탄소 재료의 용도 / 57
3.6.2. 다시 각광 받는 목탄 / 59
3.6.3. 검은 유리 / 61
3.7. 복합 재료 / 64
3.7.1. 미크로 복합화 / 64
3.7.2. 마크로 볼합화 / 69
제2부 첨단 기술을 열어 가는 탄소 재료
1. 흑연과 활성탄 / 80
1.1. 에너지 저장고 / 80
1.1.1. 리튬 이온 2차 전지 / 80
1.1.2. 전기 이중층 축전기 / 91
1.2. 가스 저장용 탄소 / 98
1.2.1. 운송용 에너지로서의 천연가스 / 98
1.2.2. 탄소에 메탄을 저장하는 방법 / 101
1.2.3. 수소 저장용 탄소 / 107
2 환경 분야에서 활약하는 탄소 재료 / 118
2.1. 탄소 재료의 역할 / 118
2.1.1. 악취와 유해물 제거 및 회수 / 118
2.1.2. 황과 질소 산화물의 제거 / 121
2.1.3. 프론과 다이옥신 제거 / 125
2.1.4. 유출된 원유 흡수 / 127
2.2. 탄소 섬유의 예상 밖 효용 / 128
2.2.1. 물을 정화한 예 / 130
2.2.2. 탄소 섬유로 물을 정화하는 방법 / 133
2.2.3. 환경을 수복하는 인공 녹조장 / 136
3. 나노 과학 기술의 원조 풀러렌 / 142
3.1. 풀러렌의 매력 / 143
3.2. 자연의 신비 풀러렌 / 145
3.3. 내향면체 풀러렌 / 147
3.3.1. 내향면체 금속 풀러렌 / 148
3.3.2. 비금속이 도핑된 풀러렌 / 149
3.4. 외향면체 풀러렌 / 150
3.4.1. 수소 저장 / 151
3.4.2. 의학용 풀러렌 / 151
3.4.3. 나노 꼬투리 / 153
3.5. 풀러렌의 용도 / 153
3.5.1. 유기 광전 변환 장치 / 153
3.5.2. 알츠하이머 치매 치료 풀러렌 / 154
3.5.3. 폴리머 첨가제 / 156
4. 탄소 나노튜브의 매력과 가능성 / 157
4.1. 김밥의 매력 / 157
4.1.1. 탄소 나노튜브의 발견 / 158
4.1.2. 탄소 나노튜브는 변화무쌍 / 159
4.2. 탄소 나노튜브의 응용 / 162
4.2.1. 꿈의 초미니 전자 기기 / 162
4.2.2. 브라운관과 액정 디스플레이 / 164
4.2.3. 필드 에미션 디스플레이 / 166
4.2.4. FED 전자총 / 168
4.2.5. 나노튜브를 전자 방출원으로 한 방전관 / 170
4.3. 나노튜브를 전자 방출원으로 한 FED 제조법 / 171
4.3.1. 나노튜브를 붙이기 / 171
4.3.2. 나노튜브 일치시키기 / 172
4.3.3. 많은 양의 나노튜브 만들기 / 173
4.3.4. 주사형 프로브 현미경의 탐침 / 173
4.4. 탄소 나노튜브의 다릉 응용 예 / 175
5. 우리의 삶을 바꿀 경이로운 그래핀 / 176
5.1. 꿈의 신소재 그래핀이란 무엇인가? / 176
5.2. 그래핀의 발견 / 179
5.3. 패러독스 세상에서 / 181
5.4. 그래핀의 응용 / 182
5.4.1. 꿈의 트랜지스터 / 182
5.4.2. 오염물 감시 화학 센서 / 184
5.4.3. 그래핀 결함 효과를 이용한 센서 / 187
5.4.4. 초조밀 저장 매체 / 187
5.4.5.에너지 저장 / 188
5.4.6. 광학 장치 : 태양 전지와 구부릴 수 있는 터치스크린 / 188
6. 탄소 섬유 / 189
6.1. 탄소 섬유란 무엇인가? / 189
6.1.1. 개발, 공업화의 역사 / 190
6.1.2. 응용의 개황 / 191
6.2. 제품과 제조 기술의 동향 / 193
6.2.1. 탄소 섬유의 종류와 특성 / 193
6.2.2. 제조 방법 개요 / 196
6.2.3. 제조 기술의 동향 / 199
7. 탄소 재료의 미래 전망 / 211
7.1. 탄소 재료의 개발 역사 / 211
7.2. 화학으로부터 물리로, 그리고 … / 214
7.3. 탄소 재료 개발의 미래 / 215
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저자
저자
윤창주
저자 윤창주는 고려대학교 화학과 및 대학원 졸. 독일 칼스루헤대학교 이학박사. 전공 : 분자설계 및 계산과학, 자기공명분광학. 가톨릭대학교 화학과 교수 및 이공대학장. 대한화학회 부회장, 한국자기공명학회 회장. 가톨릭대학교 명예교수.
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