유리는 단지 투명한 물질이 아닙니다 예를 들어,구부러지는 유리네고온에서도 깨지지 않는 유리등 다양한 '특수 유리''가 개발되었습니다

유리는 첨가제와 제조 공정을 결합하여 다양한 기능, 특성 및 모양을 얻을 수 있습니다 지금까지 다양한 기관과 연구자들이 계속해서 유리를 연구하고 개발해 왔으며, 유리의 응용 범위는 일상적인 유리와 식기를 넘어 최신 가전제품과 우주 탐사 응용 분야까지 확대되었습니다

그러나 유리 연구는 아직 갈 길이 멀습니다현재 과학은 "유리란 무엇인가?"라는 근본적인 질문에 대한 명확한 답을 제공할 수 없습니다현재 상황입니다 이러한 "무엇?"을 설명합니다 그리고 "왜?" 질문은 유리의 새로운 가능성을 여는 열쇠입니다 이를 위해서는 기초연구가 필수적이다

유리 연구를 지원하는 환경의 유지 및 개발은 중요한 문제입니다 일본의 유리 연구실 수는 과거에 비해 감소하고 있으며, 차세대 연구자 육성과 연구 인프라 강화가 필요합니다 이러한 상황을 감안하여 2023년 4월 Nippon Electric Glass(이하 NEG)와 교토대학은 교토대학 내에 '유리기초과학과정'(기부교수)을 설치했습니다

이 기사에서는 기초유리과학과에 부임하신 교토대학교 마스노 아쓰노부 교수와의 인터뷰와 함께 기초유리 연구가 무엇인지, 그 의의와 전망을 소개하겠습니다

기본 유리 과학 코스는 일본의 세계적 수준의 유리 과학 기술을 더욱 심화시키고 차세대 유리 연구자 및 엔지니어를 양성하는 것을 목표로 설립되었습니다(2022년 11월 7일)보도자료）。NEG는 초기 자금으로 10억엔을 기부할 예정입니다이후 매년 최대 1억엔까지 사용금액을 보충하여 안정적인 연구환경을 제공하고 있습니다

이 강좌는 교토대학교 마스노 아츠노부 교수가 강의하며 다음 주제에 대한 연구를 진행하고 있습니다

과학계에서는 원자가 규칙적으로 배열된 고체를 결정이라고 하고, 그렇지 않은 고체를 유리라고 합니다 예를 들어, 물을 냉각시키면 결정 구조를 지닌 얼음이 되지만, 유리는 결정 구조가 없는 고체이기 때문에 그 특성의 많은 측면이 알려지지 않은 상태로 남아 있습니다

유리기초과학과를 이끄는 마스노 아츠노부 교수는 '유리란 무엇인가?'라는 본질적인 질문에 도전하고 있으며, 도가니(유리, 금속 등을 녹이는 내열 용기)를 사용하는 대신, 유리를 공중에 매달고 레이저로 녹이는 '용기 없는 방식'을 사용해 전례 없는 성질을 지닌 유리를 합성하는 데 성공했습니다 이번 분석을 통해 기존에는 원자 배열에 질서가 없다고 생각되었던 유리가 질서를 갖고 있다는 사실과 이것이 우수한 기능성을 만들어 내는 열쇠라는 사실을 밝혀냈다

또한 마스노 교수의 연구 분야는 지구에만 국한되지 않습니다 교수는 국제우주정거장(ISS)의 일본 실험모듈 '키보(Kibo)'에서 유리를 만드는 프로젝트에도 참여하고 있으며, 2023년부터 수석연구원으로 활동하고 있다 우주의 미세중력 환경*을 활용해 균질성이 높은 유리와 지상에서는 달성하기 어려운 새로운 구조의 유리에 대한 연구를 진행하고 있다

아래 그림은 교육문화체육과학기술부에서 작성한 주요 국가의 연구개발비 동향과 대학 부문 연구원 수를 보여줍니다 일본 대학의 전반적인 연구 자금과 연구원 수는 정체되어 유럽, 미국, 중국에 비해 훨씬 뒤쳐졌습니다

마스노 교수님"대학의 유리 연구실 수가 점차 감소하고 있습니다 연구실과 연구원 수가 감소함에 따라 정부가 지원하는 연구 자금도 감소하여 유리 분야의 새로운 주제 및 획기적인 결과의 수가 감소하고 있습니다 우리가 악순환에 갇혀 있는 것 같습니다"

"한편, 지금까지 미스터리였던 원자의 배열과 유리를 구성하는 결합 상태 등 유리의 구조를 조사하기 위한 분석 및 계산 방법이 크게 발전하여 유리 연구가 새로운 단계로 접어들고 있습니다 이러한 지식이 활용되어 새로운 결과가 나온다면 일본의 유리 연구가 다시 한 번 주목을 받아 주요 분야가 될 것이라고 생각합니다"

마스노 교수님"NEG가 부여한 과정인 기초 유리 과학 과정은 학계에 큰 영향을 미쳤습니다 신탁제도가 제공하는 넉넉한 예산을 기초연구에 지속적으로 배분함으로써 이전에 알려지지 않았던 법칙과 원리를 발견할 수 있을 것이라고 믿습니다
기초연구에서 응용연구개발로 나아가 산업계에서 구체적인 성과를 내기까지 많은 시간이 걸립니다 그러나 본질에 접근하는 연구는 미래 혁신 기술과 제품의 원천이 될 것이므로 장기적인 관점에서 투자하는 것이 필수적이라고 믿습니다”

NEG가 교토대학교에 유리과학 기초과정을 개설한 것은 모든 기초 연구의 연속성과 안정성을 보장하기 위한 새로운 모델로 주목받고 있습니다단기적인 결과에 얽매이지 않고 장기적인 관점에서 연구가 진행될 수 있는 환경은 진정한 의미의 "기본" 연구에 필수적입니다

마스노 교수: "저는 상식을 뒤집는 유리를 만드는 것이 저의 주요 임무 중 하나라고 믿습니다 그러기 위해서는 우리가 직접 만든 유리를 분석할 수 있는 환경을 조성해야 합니다 유리를 진정으로 이해하려면 유리 생산부터 물성 측정, 분석, 구조 분석까지 모든 것을 우리 스스로 할 수 있는 것이 필수적이기 때문입니다"

``대학 연구에서 중요한 것은 새로운 유리를 만들고 그 물리적 특성을 측정하는 것뿐만 아니라 현상의 '왜''를 해명하는 것입니다 이를 위해서는 먼저 지금까지 알려지지 않았던 유리의 구조를 해명해야 합니다 특히, 우리는 향후 몇 년 내에 NMR *1이라는 대규모 장치를 도입할 계획입니다 또 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 복잡한 원자 배열을 3차원적으로 표현·분석할 수 있는 환경을 조성하는 등 대규모 외부 시설도 적극 활용할 계획이다

마스노 교수님``회사에서는 시행착오를 통해 ``새 유리를 만들었습니다'' 또는 ``구성을 변경하고 특성을 개선했습니다''라는 현상학에 기초하여 토론하는 경우가 많습니다그러나 우리 같은 사람들에게는대학 연구실에서 ``왜?'' 우리는 우리 노력의 기초가 다음 질문에 답할 수 있는 ``과학적 이론 구축''이어야 한다고 믿습니다유리는 결정처럼 원자가 규칙적으로 배열되어 있지 않기 때문에 구조를 이해하기 어려운 물질이며, 현대 유리 과학에서도 종종 가려지는 경우가 많습니다 “유리란 무엇인가?”라는 질문에 “수정이 아닌 것”이라고 말하기보다는 유리가 무엇인지 명확하게 표현할 수 있었으면 좋겠습니다나는 유리의 원리를 완전히 이해하고 유리의 진정한 무한한 가능성을 추구하고 싶습니다」

기초 유리 연구의 미래는 다음 세대를 이끌어갈 젊은 연구자와 엔지니어들에 의해 뒷받침될 것입니다 교토대학의 '유리기초과학과정'은 연구를 촉진할 뿐만 아니라, 미래의 유리 연구를 선도할 인재 육성에도 중점을 두고 있습니다 이는 일본 유리 연구의 국제 경쟁력을 유지하고 향상시키는 데 매우 중요한 역할을 할 것입니다

마스노 교수님"우리는 가공부터 분석까지 모든 것을 스스로 수행하고, 유리를 재료로 조감하고, 다른 연구자들과의 토론을 통해 통일된 이해에 도달할 수 있는 인재를 개발하고 싶습니다 이것의 핵심은 앞서 설명한 유리 구조의 측정 및 분석입니다 구조 분석에는 매우 높은 수준의 이론 이해와 고급 측정 기술이 필요합니다 우리는 기초 유리 과학 과정의 자금을 적절하게 활용하여 첨단 구조해석이 가능한 환경을 조성하고, 인재를 양성하고 있으며, 우수한 기술과 이론을 보유한 해외 연구실과도 적극적으로 교류하고 싶습니다"

마스노 교수님"박사학위를 취득한 후에는 그들이 외부 세계에서 활발하게 활동하기를 원합니다 학위를 받은 직후에는 절반의 연구원일 뿐입니다 그러나 절반의 기술만 있어도 여전히 다양한 대학과 연구 기관에 갈 수 있습니다 주변 사람들에게 유리 연구의 즐거움을 적극적으로 전파할 수 있다면 유리 연구의 싹이 여러 곳에서 꽃피울 것이라고 생각합니다 본격적인 연구원이 되면, 나는 당신이 자신의 유리 실험실을 시작하기를 바랍니다''

이와 같은 계획을 통해 유리 연구의 매력이 젊은 세대에게 전달되고 더 많은 재능 있는 사람들이 이 분야에 관심을 끌기를 기대합니다

마스노 교수는 이미 국내외 10개 이상의 연구기관과 협력하여 연구를 진행하고 있습니다 또한, NEG의 장학금을 받은 시가현 대학 유리공학연구센터와 NEG는 종합적인 기초 연구 주제를 논의하고 연구 계획을 수립하고 있다

``이러한 협력 외에도 저는 국내외 다양한 기관과 협력하여 세계 유리 연구의 주요 허브 중 하나가 되고 싶습니다''라고 Masuno 교수는 강력한 말로 말했습니다

기초적인 유리 연구는 즉각적이고 가시적인 결과를 얻지 못하는 겉보기에는 눈에 띄지 않는 분야일 수 있습니다 그러나 그 깊이와 잠재력은 헤아릴 수 없을 정도로 크다 우리 주변에서 당연하게 여겨지는 유리는 사실 알 수 없는 가능성으로 가득 찬 물질이며, 아직까지 그 실체가 완전히 밝혀지지 않았습니다

"유리의 무한한 가능성을 끌어내고 제조를 통해 번영하는 미래를 개척한다"는 NEG의 기업 철학에 따라 우리는 장기적인 관점에서 연구를 지원함으로써 사회에 공헌하고자 합니다

참고: 신탁 방법 “유리 기초 과학 과정”의 연간 보고서여기를 클릭하세요
참조: NEG연구개발 시스템