자유자재로 휘거나 강철만큼 튼튼하고 유리처럼 투명한 ‘나무’?

공상과학 영화에나 나올 법한 이야기지만, 놀랍게도 이 모든 것은 현실! 그동안 목재는 다른 재료보다 가볍고 가공하기 쉬워 의자, 책상, 선반 등을 만드는 일상 재료로 사용되어 왔다. 특히 쉽게 썩어 환경문제로부터 자유롭다는 고유의 특징은 목재를 따라올 재료가 없다.

그런 목재가 이제는 첨단 기술을 만나면서 알루미늄이나 강철, 유리 못지않은 놀라운 능력까지 갖게 됐다. 미래에 목재는 어디까지 활용될 수 있을까.​


구불구불 물결부터 별모양까지​

연구원이 나무판자를 종이처럼 접고 있다. 메릴랜드대 제공​

원통형으로 돌돌 말린 나무판자​

평평한 나무판자의 양쪽 끝을 쥐고 아래로 구부리는 상황을 떠올려보자. 일정 수준 이상 힘을 가하면 나무판자가 더 이상 견디지 못하고 부러져 버릴 것이다. 하지만 특수 가공된 나무판자는 다르다.

지난달 미국 메릴랜드대 후리앙빙 박사 연구팀은 부러지지 않고 물결모양처럼 구부리거나 별 모양으로 접을 수 있는 목재를 개발했다. 목재를 단단하게 만드는 고분자 물질인 리그닌을 추출해 목재를 부드럽게 만들고, 이 목재를 반복해서 3분간 물에 담갔다 말리는 ‘물 충격’ 과정을 거쳐 만든 것이다. 물 충격을 거친 목재는 기존 목재보다 6배 더 강하고 유연해진다. 부드럽게 휘어져 통조림 캔 등에 쓰이는 금속인 알루미늄보다 잘 구부러지는 것이 특징. 목재가 물에 젖어 부풀었다가 마르기를 반복하면서 목재 속에 있는 세포벽에 주름이 생겨 목재가 유연해진다는 것이 연구팀의 설명이다.

총알도 막아내는 강철 목재​


강화 목재로 만든 나무칼로 스테이크를 썰고 있는 모습​

식탁에서 쓰는 스테이크용 칼은 주로 스테인리스 강철로 만들어진다. 하지만 이런 강철의 자리를 넘보는 나무가 등장했다. 바로 미국 메릴랜드대 리 텅 박사팀이 개발한 강화 목재다.

연구팀은 목재에 들어있는 섬유소에 주목했다. 섬유소는 금속보다 강도가 높지만, 나무에서 차지하는 비중이 40∼50%에 불과하다. 연구팀은 화학 처리로 부드러워진 목재에 열과 압력을 가해 섬유소의 비중을 높이는 방식으로 단단한 목재를 만들었다. 이 과정을 거치면 원래 나무 두께의 5분의 1수준으로까지 두께가 줄어든다. 생선이나 과일을 말리면 부피는 줄어들지만 더 단단해지는 것과 같은 원리다.

이렇게 만든 강화 목재는 보통 나무보다 23배 강하면서도 가볍다는 점이 특징. 강화 목재로 만든 나무칼은 금속으로 만든 칼보다 3배 가까이 튼튼하다는 것이 연구팀의 설명이다. 심지어 강화 목재로 만든 판자로부터 30m 떨어진 거리에서 총을 쏘는 실험을 한 결과 총알이 판자를 관통하지 못하고 튕겨나가기도 했다. 연구팀은 앞으로 자동차나 비행기를 만들 때 쓰이는 강철을 강화 목재가 대신할 수 있을 것으로 보고 있다.

유리처럼 반짝반짝​


연구원이 들고 있는 투명 목재 아래 나뭇잎이 선명하게 보이는 모습​

바람과 소음은 막으면서도 따사로운 햇살을 느낄 수 있게 해주는 유리의 역할도 나무가 대신할 날이 올지 모른다. 미국 메릴랜드대 친친 시아 연구팀은 지난 2월 유리처럼 투명하면서도 쉽게 깨지지 않는 투명 목재를 개발했다.

연구팀은 얇은 나무 표면에 과산화수소를 바르고 이를 자외선에 노출시켰다. 이후 나무의 미세 구멍을 에폭시라는 화학물질로 채우는 과정을 통해 투명한 나무를 만드는 데 성공했다. 이렇게 가공한 나무는 빛의 90%를 통과시키는 데다 진짜 유리보다 가볍고 단단한 것이 특징. 이 나무로 창문을 만들면 야구공이 날아와도 쉽게 깨질 걱정이 없고 단열(열이 새어나가지 않도록 막음) 효과도 높아 겨울에도 실내를 따뜻하게 유지할 수 있다. 연구팀은 투명 목재를 자동차 내부 재료나 전자기기의 액정 등에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.​

▶어린이동아 조윤진 기자 koala624@donga.com

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