나노기술 및 정책 정보

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전통적인 McLean 편향 이론에 따르면, 용질(溶質)/불순물은 인터페이스 상에서 일반적으로 단일 층 또는 서브 단일 층 무질서 방식으로 클러스터링(clustering) 되기 때문에 인터페이스원자 간의 상호 역할을 무시하게 되고 인터페이스 구조 전환을 실현하지 못하게 된다고 함.

중국과학원 금속 연구소 양위안썽(楊院生, 양원생) 연구팀은 최근 뚱베이(東北, 동북) 대학교 친까오우(秦高梧, 진고오) 교수 연구팀과 공동 연구를 수행하고, 공차 교정을 이용한 HAADF-STEM 기술에 기반하여 Mg-Nd-Mn 3원 체계 속에서 Nd/Mn 용질(溶質) 원자가 선형 경사 전환 결정계에서 주기적이고 비(非) 대칭적으로 정렬하게 클러스터링(clustering) 되는 네 가지 새로운 클러스터링(clustering) 모델을 형성한다는 점을 발견하였음.

연구팀은 분자 동력학 시뮬레이션과 Voronoi 분석을 결합하여 관련 선형 비(非) 대칭/대칭 경사 전환 결정계 상에서 주기적으로 교체 및 분포되는 장응(張應) 변형 구역과 압응(壓應) 변형 구역이 존재한다는 점을 발견함. 용질(溶質) 원자가 탄성 응변을 최소화 하는 구동 하에서 결정계 상의 특정 장응(張應)/압응(壓應) 위치 점에 클러스터링(clustering) 되고, 특정 준(準) 구조 유닛으로 구성되는 2차원 인터페이스 슈퍼 구조를 형성한다는 점을 발견하였음.

완전히 대칭적인 인공 크리스탈 트윈(Crystal Twin) 인터페이스나 위치가 틀리지 않는 크리스탈 트윈(Crystal Twin) 인터페이스 클러스터링(clustering) 모델과 달리 이런 주기적인 비(非) 대칭 클러스터링(clustering) 발생은 주로 선형 경사 전환 결정계 양측의 국지 응변 비(非) 대칭에 의해 조성됨.

연구팀은 원자 사이즈의 미스 매치 효과(Mismatch effect) 및 원자 간의 화학 결합 협력이 다양한 원자 층 두께의 인터페이스 슈퍼 구조를 형성하는 주도적인 요소가 된다는 점을 입증한 동시에 원자 간의 상호 역할은 인터페이스 위상 변화를 유발시킨다는 점을 입증함.

이번 연구는 연구인원들로 하여금 응변(應變) 구동 용질(溶質)/불순물 원자가 인터페이스에서 나타내는 클러스터링(clustering) 행위에 대한 이해를 풍부히 할 수 있도록 하여 그 의미가 주목되고 있음.

용질(溶質) 클러스터링(clustering)이 형성하는 주기적인 인터페이스 구조는 멀티결정 소재의 선형 결정계 속에 폭넓게 존재하고 있으며, 선형 결정계는 블록체 소재 속에서 제일 일상적인 면(面) 결함을 보유하고, 특히 금속 소재의 열 변형 과정 속에서 고밀도의 선형 결정계를 나타내고 있기 때문에 이런 결정계의 용질(溶質) 원자 클러스터링(clustering) 행위에 대한 조절 제어는 금속 소재의 역학적 성능 향상을 위해 새로운 연구 방향을 개척함.

연구팀은 관련 연구개발 성과를 기반으로 현재 이미 원가가 저렴하고, 합금 함유량이 적으며, 초고(超高) 강도를 보유하고 있는 Mg-Nd계(系) 내열 마그네슘 합금을 개발하고, 중국 "국가 발명 특허"를 신청함.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ ("Nonsymmetrical Segregation of Solutes in Periodic Misfit Dislocations Separated Tilt Grain Boundaries")에 게재됨.