나노기술 및 정책 정보

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고에너지연구소(KEK) 등의 공동 연구그룹이, 항공기 구조 재료로 이용되고 있는 탄소섬유강화수지(CFRP) 복합 재료에 균열이 발생·진전하는 모습을 방사광 X선 현미경을 사용하여 공간 분해능 50nm 정도로 관찰하는 데 최초로 성공함.

연구진은 싱크로트론(synchrotron) 방사광을 집광·결상하는 X선 현미경을 이용해 종래의 X선 CT법의 공간 분해능을 20배 이상 높였으며, X선 CT의 흡수상에서는 밀도 차가 작아 명료한 이미지를 얻기 힘든 탄소섬유와 수지를 계면의 미미한 굴절을 이용하는‘위상 콘트라스트법’으로 강조하여 분해능 50nm에서 선명한 3D 이미지를 얻는 데 성공함. 개발된 기술은 시료에 압축·인장 등의 응력을 인가하면서 비파괴로 관찰 할 수 있는 것이 큰 특징임. 해상도를 높이면 시야가 작아지지만, 본 연구에서는 저해상도·광시야 관찰이 가능한 X선 CT도 병행하여 멀티 스케일에서의 관찰이 이루어짐.

본 연구를 통해 CFRP의 균열 발생·진전을 결정하는 것은 탄소섬유, 수지의 계면 강도의 균형임을 명확해짐. 개발된 나노 스케일에서의 균열 관찰 기술은 CFRP 고기능화를 위한 기초 정보를 제공하여 향후 항공기 재료 분야에 기여할 것으로 기대됨. 또한, 3D 프린터 의한 구조 부품 제작에 중요한 접착 계면의 강도 평가 등 이상계면, 접착계면 균열 관찰법으로 적용될 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Scientific Reports(Nanoscopic origin of cracks in carbon fibre-reinforced plastic composites)에 게재됨.