세상을 바꾸다, 신소재(봄볕교양 3)

문명을 이끄는 힘, 신소재
탄소 나노 튜브, 그래핀, 페로브스카이트……, 이런 신소재의 이름을 들으면 과학자들이 연구실에서나 다루는 것으로 생각하기 쉽다. 하지만 주변에서 흔히 볼 수 있는 종이, 철, 유리, 합성고무 역시 탄생 당시에는 획기적인 신소재였다. 그리고 이러한 소재가 없었다면, 지금 당연한 듯 누리는 생활과 기술 혁신은 불가능했을 것이다. 인간은 필요한 것이 있을 때 어떤 소재로 어떻게 만들까 고민했고, 많은 시행착오를 거쳐 새로운 소재를 만들어 왔다. 그 덕분에 더 많은 능력을 얻었고, 문명을 이룩했다. 이렇듯 문명의 발전을 이해하고 미래의 생활을 예측할 때, 신소재는 중요한 키워드다.
《세상을 바꾸다, 신소재》는 오래전부터 존재해 온 익숙한 소재들부터 현대의 혁신적인 신소재까지 소개하면서, 이 소재들이 우리 생활을 어떻게 변화시켰고 바꾸어 갈지, 과학 원리 및 과학자들의 일화와 함께 들려주는 책이다. 금속, 세라믹스, 플라스틱, 바이오 재료 등 다채로운 신소재의 세계를, 그 소재의 특성부터 실생활에서의 쓰임새, 앞으로의 가능성까지 차근차근 알기 쉽게 설명해 준다. 유머러스하면서도 내용을 쉽게 풀어 준 그림과 다양한 사진 자료들이 실려 있다.

과학 원리로 보는 신소재의 능력과 쓰임새
모두 4장으로 된 이 책에는 최초의 신소재인 구리부터 타이타늄, 우라늄, 형상 기억 합금, 지르코니아, 테플론 등 신소재가 총 망라되어 있다고 할 만큼 정말 다양한 소재들이 소개된다. 흥미 위주나 백과사전식의 소재 나열이 아니라, 과학 시간에 배우는 개념과 원리들이 잘 녹아 있어서 그 소재들이 왜 그런 쓰임을 갖게 되었는지, 앞으로 어떤 가능성이 있는지까지 꿰뚫는 체계적인 지식을 얻을 수 있다.
예를 들어 제2장 '흙과 돌에서 탄생한 신소재'는 자력을 지닌 신기한 돌인 자석의 원리 이야기부터 시작한다. 대항해의 시대를 연 나침반, 전기의 시대로 이끈 전자석, 스마트폰을 가능케 한 영구 자석, 초전도 합금을 이용한 자석까지, 자석의 성질을 응용해 사용하려는 인간의 다양한 노력이 우리 생활을 어떻게 변화시켰는지 다양한 사례와 함께 들려준다. 그 과정에서 자석의 특성, 나침반의 원리, 전자석의 원리, 전기 저항, 초전도 현상 등 과학 개념과 원리를 자연스레 익힐 수 있다.

신소재 개발을 위한 과학자들의 꿈과 노력
이 책의 또 다른 장점은 신소재를 발견해 생활에 널리 쓰이도록 노력한 사람들의 이야기를 함께 다루었다는 점이다. 예를 들어, 철은 오래전부터 쓰이기 시작했지만, 기계, 철도 등을 만들 만큼 강한 철을 대량 생산하기까지는 수많은 사람의 노력과 시행착오가 있었다. 이 책은 철광석에서 철을 분리하기 위한 노력, 더 단단한 철을 만들기 위한 아이디어, 녹슬지 않는 철을 만들게 된 우연한 사건 등 과학사 속의 사건을 함께 소개하여 독자들의 흥미를 끈다.
또한 전선 옆에 있는 나침반의 바늘이 움직이는 것을 포착한 외르스테드의 발견을 바탕으로 윌리엄 스터전이 전자석을 발명하고, 이를 응용한 마이클 패러데이의 실험으로 발전기가 발명된 이야기를 듣다 보면, 초전도 자석이라는 현대의 신소재가 뚝딱 나타난 것이 아니라 많은 사람의 합작품임을 깨닫게 된다.
이렇게 인물과 연결된 과학 지식은 기억에 오래 남는다. 또 이 책에 소개된 과학자들이 그랬듯, 생활에서 느끼는 불편함을 해결할 새로운 소재에 대해 상상하고 탐구하면서, 창의성과 문제 해결력을 기를 수 있다.

사회와 연결 짓는, 진정한 과학 문해력
인간 생활의 편리함만 생각하고 무분별하게 새로운 소재를 개발하고 사용하면 어떻게 될까? 이 책은 단순히 신소재의 능력과 가능성만 소개하지 않는다. 신소재를 개발할 때 고민해야 할 문제들까지 차분히 짚어 준다. 예를 들어 플라스틱은 쓰임새가 무궁무진해서 인간이 만들어 낸 최고의 발명품이라 할 수 있다. 하지만 썩지 않는 것을 비롯해, 미세플라스틱, 환경호르몬 등 여러 문제가 발생하고 있다. 저자는 이런 문제의 심각성을 알려 주면서 '재활용'과 '분해'를 중심에 두고 지구와 우주까지 생각하는 신소재를 고민하자고 제안한다.
또한 '이타이이타이'병의 원인이 된 카드뮴 이야기, 후쿠시마 원전 사고가 보여 주는 원자력의 위험성, 중국이 희토류 생산과 수출을 두고 무기처럼 활용한 일, 지속가능한 에너지를 위한 수소 저장 합금의 개발 등 사회적 맥락에서 신소재를 소개하여, 이 책을 읽는 독자들은 사회와 과학을 통합하여 사고하는 폭넓은 시야를 갖게 된다. 빠르게 변화하는 사회에서 '신소재'라는 키워드로 우리 생활을 살펴보고, 공존에 가치를 두는 더 나은 미래를 만드는 데 이 책이 도움이 되기를 바란다.

들어가는 말 신소재가 뭐야? 4

1장 | 반짝이고 단단한 금속 신소재
금속이 뭐야? 12
최초의 신소재, 구리 18
금속의 왕, 철 27
세상을 가볍게 만든 금속, 알루미늄 40
획기적인 기술 발달을 이끈 금속, 희유금속 49
이런 금속도 있어? 신기한 신소재 금속 62

2장 | 흙과 돌에서 탄생한 신소재
방향을 잡는 돌, 자석 70
모든 것을 담아 온 세라믹스 85
컴퓨터의 시작, 규소 96

3장 | 인간의 손에서 탄생한 신소재
원하는 대로 만든다, 플라스틱 104
세상을 짠다, 합성 섬유 118
세상을 굴린다, 합성 고무 128

4장 | 미래를 이끄는 신소재
흑연의 변신, 탄소 나노 튜브와 그래핀 142
에너지의 미래, 페로브스카이트 태양 전지 152
건강을 지키고 생명을 구한다, 바이오 재료 159

나오는 말 신소재도 생각하며 써야 한다고? 168

김수주 대학교에서 물리학을 공부한 뒤, 어린이들에게 읽는 즐거움을 주는 책을 꾸준히 만들고 있습니다. 이 책을 읽는 어린이들이 주위의 물건을 좀 더 다른 눈으로 보았으면 좋겠습니다. 기획한 책으로 '과학 탐정스' 시리즈, '서바이벌 융합 과학 원정대' 시리즈, 《인간을 받아 줄 행성 어디 없나요?》 등이 있고, 지은 책으로 《핵심 콕! 과학 교과서 어휘》, 《생활 속 수학 공부》 등이 있습니다.