25세의 여자 대학원생이 재료공학계의 대가를 놀라게 하다

 

25세의 여자 대학원생이 재료공학계의 대가를 놀라게 하다

액체 금속에 적은 힘을 가해도 영구 변형이 가능하다는 사실 처음으로 밝혀

액체 금속에 적은 힘을 가하더라도 변형이 영구적으로 일어난다는 사실이 고려대학교 신소재공학부 석사과정에 재학 중인 25세의 대학원생 박경원씨에 의해 처음으로 밝혀졌다. 액체 금속은 강철보다 3배 이상 강도가 높고 고온에서 자유로운 모양 형성이 가능해 차세대 첨단소재로 주목받는 재료다.

박 씨는 “액체금속에 항복강도(영구 변형이 일어나는 시점의 힘의 세기) 이하의 힘을 가해도 영구 변형이 일어난다”며 “이 경우 금속의 내부 구조가 조밀할수록 영구 변형이 잘 일어난다”고 설명했다. 항복 강도 이하의 힘에서는 영구 변형이 일어나지 않는다는 기존의 통념을 깬 연구다. 박 씨의 연구 내용은 반도체의 핵심 부품 및 핸드폰 케이스 제조 시 활용될 수 있다. 원자력 발전소 가동 시 생길 수 있는 위험을 검출하는 센서로도 쓰일 수 있다. 

박 씨의 연구는 작년 11월 호 재료공학계의 세계적인 학술지 ‘악터 메터리얼리어(Acta materialia)’호에 실리면서 하버드 대학교의 스파픈(Spaepen) 교수 등 세계적인 대가들로부터 관심을 사고 있다. 미국 존스 홉킨스 대의 저명한 이론물리학자 마이클 포크 교수는 최근 고려대를 찾아 공동연구를 제안하기도 했다.

이번 연구는 일반적으로 알려진 관념도 한 번 되짚고 넘어가자는 박 씨의 집념이 만들어 낸 결과다. 박 씨는 실험 도중 우연히 항복 강도 이하의 힘을 가하더라도 액체 금속이 영구적으로 변형될 수 있다는 실마리를 발견했다. 실마리를 검증하기 위해 박 씨는 청계천 공구 상가에서 쇠구슬 4 만개를 구입했다. 혼자서 낑낑대며 쇠구슬을 안암동의 연구소까지 들고 와 속이 비치는 원기둥 안에 넣고 실험을 했다. 겨울에는 쇠구슬을 세척하느라 손이 다 갈라졌다. 그렇게 한 학기 동안 실험을 실시했다. 그 결과 기존의 이론과는 완전히 반대되는 새로운 이론을 탄생했다.

박 씨는 “지금까지의 논리와는 판연히 달라 연구 내용을 발표하는 것에 대해 고민이 많았지만 실험적으로 검증된 사실이므로 발표하게 됐다”고 말했다. 박 씨에 의하면 초기 합금구조에 따라 영구 변형의 정도가 달라진다. 액체 금속이 구리 65%, 지르코늄 35%의 비율로 조밀하게 구성될 때 영구 변형이 가장 크게 일어난다.  

박 씨의 연구 분야인 액체 금속에 관한 연구는 1960년대부터 시작돼 비교적 역사가 짧다. 현재 미국과 일본에서 연구가 활발하다. 특히 일본은 이제 이론을 넘어 응용 단계로 넘어갔다. 도쿄대 등을 필두로 반도체나 핸드폰 케이스로의 상용화를 목적으로 연구하고 있다. 박 씨는 “액체금속 연구는 가설을 검증해 종합적으로 이해하는 것이 중요하다”고 말했다. 이어 “앞으로도 기초적 이론을 검증하는 연구를 수행해 액체 금속의 구조가 특성에 어떻게 영향을 미치는지에 관해 탐구할 예정”이라고 앞으로의 포부를 밝혔다.

 

 

  

 

※ 용어 설명

1. 액체 금속 : 딱딱한 결정 구조로 된 일반 금속과 달리 원자가 자유롭게 배열된 금속. 표면이 액체처럼 매끄럽다. 금속에 비해 부식이 전혀 없는 것으로 알려져 있으며 강도 대비 두께가 얇다. 산업용 코팅재 및 휴대폰이나 노트북, TV 등의 전자제품 케이스로도 만들어질 수 있다.

2. 항복 강도 : 재료가 영구적으로 변형되기 시작하는 힘의 세기

3. 지르코늄 : 천연 금속의 일종으로 구리와 섞으면 액체금속이 된다.

글 : 홍지미(교육과학기술부 블로그 기자)

동영상 제작 : 남예희(경북대학교 신문방송학과3)

감수 : 박경원(고려대학교 신소재공학부 나노 복합재료 연구실 소속 연구원)