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[표지로 읽는 과학]마그네슘 합금의 초고강도 비결은?

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[표지로 읽는 과학]마그네슘 합금의 초고강도 비결은?

2017.05.07 18:00

학술지 ‘네이처’ 5월 4일자 표지에는 초고강도를 견디는 특별한 마그네슘 합금이 실렸다. 최근 홍콩 연구진이 개발한 이 합금은 비결정구조(표지에서 노란색)와 결정구조(표지에서 파란색)가 섞여있는 이중상(dual-phase) 덕분에 10원짜리 동전크기로 코끼리 무게도 견딜 수 있을 만큼 강도가 강하다.


마그네슘은 실용금속재료 중 가장 가벼운 축에 속한다. 비중이 1.74g/cm3로 알루미늄의 3분의 2, 철의 5분의 1에 불과하다. 자동차나 항공기, 기차에 쓸 경우 무게를 줄일 수 있어 연료를 아낄 수 있다. 다만 마그네슘 자체는 강도가 약해, 마그네슘에 알루미늄, 아연, 망간, 지르코늄, 희토류 등 다른 금속을 섞어 강도를 높인 합금이 활발히 연구되고 있다.


홍콩시립대 기계생명의공학부의 순 리강 교수와 지엔 류 교수가 이끄는 연구진은 최근 ‘초나노미터사이즈 이중상 유리결정(SNDP-GC)’을 가지는 특수 마그네슘 합금을 만들었다. 비결정질(amorphous)과 나노결정질(nanocrystalline)의 두 가지 상을 동시에 가지는 구조를 뜻한다.


비결정질은 물질 내부의 원자들이 불규칙하게 배열된 구조를 뜻한다. 나노결정질은 나노미터(10억분의 1m) 수준에서 원자들이 규칙적으로 결정을 이룬 구조를 말한다. 연구진은 비결정질(노란색)이 나노결정질(파란색)을 그물처럼 감싸도록 만들어 기존 마그네슘 합금보다 강도를 10배 높였다. 새 마그네슘 합금의 강도는 10원짜리 동전 면적으로 33t의 무게를 견딜 수 있는 3.3기가파스칼(GPa) 수준이다.


연구진은 이번에 개발한 마그네슘 합금을 의료용 임플란트나 항공우주 분야, 자동차 부품 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대했다.

 

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