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자가 복구재료연구의 현황과 전망

전문가 제언: ○ 가공된 물체가 망가지거나 변형되어도 끓는 물 등으로 열을 가하면 원래의 형상으로 되돌아가는 금속이 형상기억합금이다. 1960년대에 미국 해군연구소에서 형상기억반응을 나타내는 니켈-티타늄합금인 ‘니티놀’을 발견하였다.

○ 형상기억효과의 메커니즘은 금속의 고상상태에서 마텐자이트 결정변태와 동일한 현상이다. 열탄성 마텐자이트 변태합금은 형상기억 특성을 나타낸다는 것이 밝혀졌고, 실용화된 합금으로는 니켈-티타늄합금, 구리-아연-알루미늄합금 등이 있으며, 인공위성 안테나, 온실 창의 개폐장치 등에 사용되고 있으며, 인공관절 및 심장 펌프와 화재 시의 방화문, 온도센서 등으로 사용하기 위한 연구가 진행 중이다.

○ 한국에서는 1983년 한국과학기술원(KAIST)의 재료실험 팀에서 니켈-티타늄합금 개발을 처음으로 성공한데 이어, 1986년 4월에 정밀 금속재료 연구실에서 의료용(치열교정용 와이어) 형상기억합금 개발에 성공한 바가 있다.

○ 구조체의 자체 손상에 의한 자가 복구는 재질 자체의 복구가 되어야 하므로 형상의 복구와는 다른 차원의 개념이다. 고분자 새로운 물질에 의한 자가 복구 체계를 이루는 것은 자가 복구 고분자재료로 열가소성 엘라스토머의 일종으로 ‘아이오노마’로 불리는 에틸렌-메타크릴산 공중합체 및 에틸렌-아크릴산 공중합체의 분자들을 나트륨, 아연 등의 금속이온으로 가교한 새로운 물질로 이루어진다.

○ 미국은 자가 복구기능을 가진 카본 나노-튜브재료의 연구개발에 착수했으며, 2010년까지 초경량 초고강도재료를 개발, 2015년까지 가교결합에 의한 자가 복구기능을 실현할 계획으로 있고, 초경량 초고강도에 자가 복구기능까지 갖춘 카본 나노-튜브를 이용한 차세대 로봇의 등장도 머지않았다. 앞으로 이러한 신기술은 차기 우주산업 및 재료 산업계에 더욱 큰 기대를 모을 것으로 사료된다.

저자: Norio Shinya, Junro Kyono
자료유형: 학술정보