나노기술 및 정책 정보

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국내 연구팀이 6분 안에 금속 길이를 20배까지 늘릴 수 있는 공정 기술을 개발함. 기존에는 10시간이 소요돼 공정 비용이 높았음. 자동차나 항공기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대됨.

포스텍 신소재공학과 김형섭 교수 연구팀은 기존의 ‘초소성’ 공정보다 시간을 크게 줄인 공정 기술을 개발함.

초소성은 높은 온도와 매우 느린 변형 속도 등 특정 조건에서 3~5배 이상 늘어나는 성질을 뜻함. 이 성질을 이용해 기존의 성형 공정으로는 표현하기 어려운 복잡한 형상의 부품을 만들 수 있음. 항공기나 우주발사체, 자동차 부품 제조에 쓰일 수 있을 것으로 기대됨. 문제는 초소성을 구현하기 위해서는 긴 가공시간이 필요해 이로 인한 비용이 높아진다는 점임.

연구팀은 ‘고엔트로피 합금’을 이용해 이 같은 문제점을 해결했음. 고엔트로피 합금은 주된 금속에 보조원소를 더하는 일반적 합금과 달리, 주된 금속 없이 여러 원소를 비슷한 비율로 혼합하는 방식임. 이론상 만들 수 있는 합금의 종류가 무한대임.

연구팀은 열적 안정성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 만들었음. 여기에 초미세립과 나노결정립을 형성했음. 초미세립은 결정방향이 다른 결정들의 집합체를 뜻하는 결정립의 크기가 1 마이크로미터(㎛·100만 분의 1m) 이하일 경우, 나노결정립은 100 마이크로미터(㎛·100만 분의 1m) 이하일 경우를 일컬음. 초미세립과 나노결정립은 초소성 현상의 중요 전제조건으로 꼽힘.

그 결과 고엔트로피 합금이 초당 5% 정도 변형이 가능한 것으로 나타났음. 김 교수는 “기존 공정은 초당 0.01%~0.1% 변형을 일으킨다”며 “그보다 50~500배 빠른 것”이라고 말함. 이어 “이런 공정 기술을 가지고 1m를 20m까지 늘이는 데 성공했다”며 “이는 세계 최고 수준의 늘이는 비율”이라고 덧붙였음.

김 교수는 “이 연구는 고엔트로피 합금만 아니라 지금까지 보고된 금속 소재의 초소성 특성 중 최고 수준 결과”라며 “자동차, 항공기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 핵심적인 요소가 될 것으로 기대된다”고 말함.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ 지에 게재됨.