신물질 발견, 스스로 회복하는 금속 발견하다

금속은 나노 단위의 균열을 스스로 복구할 수 있는 능력이 발견되었어요. 이전에는 유사한 특성을 가진 플라스틱이 발견된 적이 있었지만, 이번이 처음인데요. 차량, 건물, 다리 등을 제작하는 공학 분야에서는 작은 균열을 어떻게 복구할 수 있는지가 화두입니다.

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목차(T.O.C) 1. 금속피로란? 2. 냉간 용접 3. 회복하는 금속 사진

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금속 피로란?

 

금속 구조물 고장의 약 90%는 작은 균열에서 시작되는데요. 금속 구조물은 힘을 반복해 가하면 미세한 균열이 생기고, 진동이 발생할 때마다 균열을 중심으로 점차 틈이 벌어집니다. 이를 '금속 피로'라고 합니다.

냉간 용접

 

연구팀은 진공 상태에서 나노미터 크기의 백금 조각을 초당 200회 당기며 균열이 어떻게 형성되고 퍼지는지 실험을 하던 중 균열이 붙는 현상을 우연히 발견했습니다.

 

초기에는 금속의 균열이 더 커질 것으로 예상되었으나, 실험 결과는 정반대로 나타났습니다. 금속의 갈라진 틈 한쪽 끝이 서로 융합되며 다시 붙기 시작한 것입니다. 

 

연구팀은 이러한 현상을 '냉간 용접'이라고 하며, 외부에서 힘이 가해질 때 국소적 응력이 금속 결정의 경계를 움직이며 균열이 붙는 것으로 설명했습니다. 이번 연구는 금속 피로를 평가하고 예방하는 설계 방식에 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.

회복하는 금속 사진

 

Dan Thompson, Craig Fritz 제공

힘을 반복해 가했을 때(빨간색 화살표) 균열이 발생하다가 다시 붙습니다.(녹색). 위의 사진은 미국 샌디아국립연구소에서 특수 투과 전자현미경으로 피로 균열을 연구하는 모습입니다. 

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