스마트폰을 작동하게 하는 놀라운 화학.

여러분의 스마트폰이 어떻게 작동하는지 생각해 본 적이 있나요? 실리콘 밸리의 기술자들이 아닌 화학자들 덕분에 고출력장치의 거의 모든 요소가 존재한다고 말하는 과학자 Cathy Mulzer와 함께 원자 수준으로 파헤쳐봅시다. "화학은 전자통신의 영웅입니다."

제가 새 노키아 폰을 들고 고등학교에 갔을 때,

저는 그것을 핑크색 공주풍 워키토키를 대신하는

멋진 휴대전화 정도로만 여겼었죠.

휴대전화가 생기고 나서는 친구들과

장소를 불문하고 연락할 수 있게 되었습니다.

뒤뜰을 뛰어 다니며

그렇게 하는 척이 아니라요.

솔직하게 말하자면,

그 당시에 전 이런 기기가 어떻게 만들어지는지 관심이 없었습니다.

크리스마스 아침 선물로 받곤 했기 때문에,

산타 마을의 요정들이 만들었다고 생각하곤 했죠.

질문 하나 해보겠습니다.

이런 기기들을 만드는 진짜 요정은 과연 누구일까요?

제 지인들에게 물어본다면,

실리콘밸리에서 코드를 만드는 후드차림의 소프트웨어 전문가들이라고 할 겁니다.

하지만 코드가 만들어지기 전에,

이 기기에는 많은 일들이 일어나야 합니다.

이 기기들은 원자 수준에서 시작됩니다.

그래서 제게 물어보신다면,

진짜 요정들은 화학자들입니다.

네, 화학자들입니다.

화학은 전자 통신의 영웅입니다.

오늘의 목표는 여러분들이 제 의견에 동의하도록

설득하는 것입니다.

자, 그럼 시작해봅시다.

이 미친듯이 중독적인 기기들을 들여다봅시다.

화학이 없다면,

우리가 선호하는 초고속 정보 통신망은

그저 비싸고 빛나는 문진에 불과하기 때문입니다.

화학은 여기 보이는 모든 층이 작동하게 합니다.

그럼 디스플레이부터 살펴봅시다.

우리가 선호하는 밝고 선명한 색상을

어떻게 만들 수 있을까요?

제가 알려드리겠습니다.

디스플레이 안에는 유기 고분자가 내장되어 있습니다.

유기 고분자는 전기를 가지고

우리가 즐기는 파랑, 빨강, 초록의 색상으로 바꿔줍니다.

이번엔 배터리로 이동해볼까요 ?

요즘 이에 대한 연구들이 진행되고 있는데요,

어떻게 하면 기존 배터리의 화학 원리를

새로운 상부 전극과 결합할 수 있을까요?

그래서 우리가 더 작은 공간에 더 많은 충전을 해

하루 종일 스마트폰을 사용할 수 있도록 말이죠.

셀카를 찍으면서 배터리를 충전하거나

전기 콘센트에 연결하지 않고도요.

우리가 자주 사용해도 스마트폰이 견딜 수 있도록

모든 부품을 하나로 이어주는 접착제는 어떨까요?

저는 밀레니얼로서

하루에 최소 200번 이상 핸드폰을 꺼내서 확인해야 하고

또 그 과정에서 두세 번 떨어뜨리기도 하거든요.

그런데 과연 이 기기들의 진정한 두뇌는 무엇일까요?

무엇이 기기들을 우리가 선호하는 방식으로 작동하게 할까요?

모든 것은 인쇄 회로 기판에 연결된

전기 부품 그리고 회로와 관련이 있습니다.

생물학적 비유를 좋아하신다면

'마더보드'라는 건데 들어보셨을 겁니다.

인쇄 회로 기판은 많이 언급되지는 않았는데요.

솔직하게 왜 그런지는 잘 모르겠어요.

제일 덜 매력적이어서 그럴 수도 있고

다른 멋있는 층들 아래 가려져서 그럴 수도 있죠.

그렇지만 이제는 이 '클락크 켄트' 층이

사실 '슈퍼맨'이라는 것을 알아차릴 시간입니다.

그래서, 질문 하나 하겠습니다.

인쇄 회로 기판이 무엇이라고 생각하세요?

'마더보드'라는 비유를 잘 떠올려 보시고,

지금 살고 있는 도시에 대해서도 생각해 보세요.

자주 가는 장소가 있을 거예요.

여러분의 집, 직장, 식당,

어딜가도 있는 스타벅스처럼요.

그리고 그것들을 모두 이어주는 도로가 있습니다.

그것이 인쇄 기판 회로가 하는 역할입니다.

식당이나 집 대신 칩 위에는 트랜지스터,

콘덴서, 레지스터와 같은 모든 전기 부품들이 있고

그것들을 연결할 도로가 필요한 것입니다.

그래서 그 도로가 무엇일까요?

아주 얇은 구리선이 바로 도로입니다.

그래서 다음 질문은

'이 구리선을 어떻게 만들까?'입니다.

구리선은 정말 작기 때문이죠.

철물점에 가서

구리선 다발을 사서

절단기로 싹둑싹둑 자르면

'짜잔'하고 인쇄 회로 기판이 나타날까요?

전혀 아니죠.

그렇게 만들기에 이 선들은 너무 작습니다.

그래서 우리의 친구인 화학이 필요한 겁니다.

작은 구리선을 만드는 화학 공정은

겉보기에 간단합니다.

그러면 답을 찾기 위해 양전하를 띈 구리 이온 수용액부터 시작해봅시다.

여기에 절연 인쇄 회로 기판을 넣습니다.

그리고 양전하를 띄는 이온에 전자를 공급해 줍시다.

포름알데하이드를 주입하는 방식으로요.

다들 포름알데하이드 알고 계실 거에요.

정말 독특한 냄새가 나고

생물 시간에 개구리를 보관하는 데에 사용되죠.

그 방법 외에도 다양한 용도로 쓰입니다.

그리고 얇은 구리선을 만드는 데에

제일 핵심적인 성분입니다.

포름알데히드의 전자는

양전하를 띈 구리이온으로 이동하려는 경향을 띕니다.

이는 산화 환원 반응 때문입니다.

이 반응이 일어날 때,

우리는 양전하의 구리 이온을

밝고 빛나는 전도체의 금속 구리로 전환할 수 있습니다.

전도성을 가진 구리가 만들어지면

성공적으로 해 나가고 있는 것 입니다.

이제는 모든 전기 부품들이

서로 연결될 수 있는 겁니다.

화학에 경의를 표합니다.

한번 생각해 봅시다.

우리가 화학과 함께 얼마나 멀리 왔는지 말이죠.

분명 전자 통신에서 사이즈는 중요합니다.

어떻게 하면 기기의 크기를 줄일 수 있는지 고민해봅시다.

핸드폰은 90년대 잭 모리스 폰에서부터

주머니에 넣을 수 있는 크기인

스마트폰으로 진화해 왔습니다.

그럼에도 현실적으로

'여성'바지라는 것들에는 아무것도 들어가지 않습니다.

주머니가 있는 '여성'바지를 찾을 수 있다면 말이죠.

화학이 이 문제까지 해결할 수는 없을 것 같습니다.

사실, 기기 사이즈를 줄이는 것보다 중요한 것은

'내부 회로를 어떻게 줄일까.'입니다.

100배 작게 줄이는 것을 말입니다.

회로를 마이크로 단위에서

나노미터 단위로 줄이기 위해서요.

솔직히 우리는 더 빠르고 좋은 스마트폰을 원합니다.

더 빠르고 좋은 휴대폰은 더 많은 회로를 필요로 합니다.

어떻게 하면 좋을까요?

마법 축소 광선을 물어보는 것이 아닙니다.

웨인 스잘린스키 감독의 '아이가 커졌어요' 영화에서

애들을 줄이는 것 처럼요.

실수로 말이죠.

실제로 가능할까요?

그 분야에서 비슷한 과정이 있기는 합니다.

'포토리소그래피'라는 것입니다.

포토리소그래피에서는 우리가 빛이라고 부르기도 하는

전자기 방사선을 가지고

몇 가지의 회로를 축소시킵니다.

작은 공간 안에 더 많은 회로가 들어가도록 말이죠.

이 과정에 대해 알아봅시다.

먼저, 빛에 민감한 필름이 부착된

기판이 필요합니다.

그런 다음 그 위에

미세한 선들의 무늬가 있는 회로 마스크를 올립니다.

우리가 원하는 방식으로 핸드폰이 작동하도록 말이죠.

그리고 밝은 빛을 방출시켜

마스크를 통과하게 만듭니다.

이로 인해 기판 표면에 그림자가 생성됩니다.

어디가 되었든 빛이 마스크를 통과하면

이는 화학 반응을 일으키게 됩니다.

이 반응은 패턴의 이미지를 기질에 새길겁니다.

그럼 어떻게 해야

생성된 이미지에서

선명하고 미세한 선과 형태들을 나타나게 할 수 있을까요?

이를 위해서는

'현상액'이라는 화학약품을 사용해야 합니다.

현상액은 특별합니다.

이 약품은 빛에 노출되지 않은 부위를

모두 선택적으로 제거해서

우리가 원하는 깨끗하고 미세한 회로 패턴을 남기고

작아진 기기를 작동하게끔 합니다.

그래서 우리는 기기를 만들기 위해,

또 기기를 줄이기 위해서 화학을 사용했습니다.

화학이 진정한 영웅이라고 여러분을 설득시키는 데 성공한 것 같군요.

그럼 이제 끝냅시다.

(박수)

잠시만요. 아직이에요.

너무 빠르게 가지 맙시다.

우리는 인간이니까요.

인간으로서 저는 항상 더 많은 것을 원해요.

이제부터는 스마트폰을 더 활용하기 위해

화학을 이용하는 방법에 대해 알아봅시다.

우리가 5G라고 불리는 곧 다가올 5세대 무선 통신을

원한다는 이야기가 들려오고 있습니다.

아마 광고에 나오는

5G에 대해서 들어보셨을겁니다.

아니면 2018 동계올림픽에서 보셨을 수도 있습니다.

제가 5G에 대해 가장 흥미로웠던 부분은

늦어서 비행기를 타려고 집에서 뛰어나갈 때,

영화를 40초만에 다운로드 할 수 있다는 겁니다.

40분이 아니라요.

그런데 진정한 5G가 존재한다면

영화를 다운로드하는 것보다

더 많은 것을 할 수 있습니다.

그렇다면 진정한 5G는 왜 존재하지 않을까요?

작은 비밀 하나 알려드릴게요.

답하기 꽤 쉬운 문제입니다.

하는 것 자체가 어렵기 때문입니다.

기존의 물질들과 구리를 가지고

5G 장치를 만들고자 한다면,

신호는 최종 목적지까지 도달하지 못합니다.

기존 방식에서 우리는 구리를 지지하는

거친 절연층을 사용합니다.

벨크로 테이프에 대해 떠올려보세요.

두 조각의 거친 표면이 서로 달라붙게합니다.

이 점은 매우 중요합니다.

만약 여러분이 박스에서 핸드폰을 꺼내

앱을 설치하는데 걸리는 시간보다

더 오래 가는 스마트폰을 원한다면 말이죠.

그런데 이 거친 표면이 문제가 됩니다.

5G의 빠른 속도에서

신호는 거친 표면 가까이 이동해야합니다.

목표점에 도달하기 전에 신호는 사라지게 됩니다.

산맥에 대해 생각해보세요.

오르는 길이 복잡하다면

여러분은 다른 길로 시도해볼겁니다.

그렇지 않나요?

아마 시간이 오래 걸릴 수도 있고

길을 잃을 수도 있습니다.

산을 오르락 내리락 해야 한다면요.

평평한 터널을 따라

쭉 가는 게 아니라요.

5G 스마트폰에서도 마찬가지입니다.

이 거친 표면을 제거한다면

5G 신호를 방해 없이

똑바로 보낼 수 있습니다.

꽤 좋지 않나요?

그런데 기다려 보세요.

방금 기기를 붙이려면 거친면이 필요하다고 말씀드리지 않았나요?

그걸 제거하면 이제

구리는 하부 기판에 붙어있을 수 없습니다.

서로 맞물린 레고 집을 만든다고 생각해보세요.

매끄러운 블록이 아니라요.

두 살 짜리 아이가 와서

고질라 놀이를 하며 때려 부수려면

둘 중 어떤 게 더 견고할까요?

매끄러운 블록에 접착제를 바르면요?

그게 바로 산업이 기대하고 있는 것입니다.

화학자들이 구리선을 위한

향상된 접착력을 포함한 매끄러운 표면을

설계하기를 기다리고 있어요.

이 문제를 해결한다면,

반드시 해결하겠지만,

물리학자나 엔지니어들과 협력하여

5G의 모든 문제를 해결할 겁니다.

그러면 활용할 수 있는 분야가 엄청 많아집니다.

자율 주행 자동차도 개발할 수 있습니다.

현재 데이터 네트워크가

필요한 정보와 그에 따른 속도를 처리할 수 있기 때문이죠.

상상해봅시다.

땅콩 알러지인 친구와 식당을 간다고 해볼게요.

스마트폰을 꺼내서 음식위에 흔들면

정말 중요한 질문에 답을 해줍니다.

먹어도 안전한지 위험한지 말이죠.

또는 우리에 대한 정보를

스마트폰이 잘 처리해줘서

우리의 개인 트레이너가 될 수도 있습니다.

칼로리를 태우는 가장 효과적인 방법을 알려줄 겁니다.

11월에 뱃살을 빼려고 했을 때

그 방법을 알려주는 기기가 있었으면 좋았을 거에요.

이걸 표현하는 다른 방법을 모르겠네요

화학은 그냥 멋있다는 말밖에요.

화학은 모든 전자 기기를 작동하게 합니다.

다음에 메시지를 하거나 셀카를 찍을 때

열심히 일하는 원자들을 떠올려보세요.

곧 다가올 혁신에 대해서도요.

어쩌면

이 강연을 듣는 여러분 중 누군가는

여러분의 기기 상에서

캡틴화학의 조수가 되기를 바랄지도 모르죠.

화학은 전자 기기의 진정한 영웅이니까요.

경청해 주셔서 감사합니다.

그리고 화학에 감사를 표합니다.

(박수)