엔트로피 탄성을 나타내는 산화물 유리

전문가 제언

○ 재료의 탄성에는 에너지 탄성과 엔트로피 탄성이 있다. 에너지 탄성이란 작은 변형이 발생할 때 분자결합을 축으로 회전이 일어나고, 결합각과 결합길이가 변함에 따라서 발생하는 저장 에너지를 의미한다. 엔트로피 탄성은 물질의 상태를 나타내는 것을 의미이며, 물질을 구성하는 입자의 배열이나 질서의 정도를 나타낸다.

 

○ 엔트로피 탄성에서는 열의 이동에 따라서 발생하는 힘으로, 사슬의 배열상태가 안정한 상태로 되는 경우 엔트로피는 증가한다. 분자사슬에 외부 힘이 가해지면 엔트로피가 감소하게 되며, 힘을 제거하면 자발적인 과정에 의해 엔트로피가 높은 원래의 상태로 돌아가게 된다.

 

○ 고무탄성은 에너지 탄성과 엔트로피 탄성으로 구성된다. 고무는 분자사슬이 서로 가교된 구조이기 때문에 외력을 가하면 얽힌 사술이 풀리면서 쉽게 늘어난다. 이 상태에서는 원자들 간의 결합이나 결합각에는 큰 영향을 미치지 못하고 단지 엔트로피만이 감소하게 된다. 그러나 외력을 제거하면 고무는 엔트로피 탄성에 의해 원래 상태로 회복된다.

 

○ 이 문헌은 유기 고무(organic rubber)와 유사한 구조를 가진 산화물 유리 개발에 관한 내용이다. 일반적으로 유리는 상온에서 강한 고체로 쉽게 부서질 수 있다. 연구 그룹은 메타인산염 유리(metaphosphate glass)가 유리전이온도 부근에서 고무와 다른 신축성을 가진다는 것을 발견하였다. 혼합된 알칼리(리튬, 나트륨, 세슘, 인 산화물)로 메타인산염 유리를 제조하였다. 이러한 엔트로피 특성을 가진 유리를 발견한 것은 세계에서 처음이다.

 

○ 개발된 유리조성은 Li0.25Na0.25K0.25Cs0.25PO3이다. 산화물 유리도 내부 구조를 연구하면 고온에서 고무와 같이 신축하는 특성을 발현할 수 있는 재료인 것을 증명하였다. 이 연구결과는 유기고분자 고무로는 대응할 수 없는 고온과 산화성 등의 조건 하에서의 응용을 생각할 수 있다. 유리재료는 계속적으로 진화하고 있다. 국내에서도 유리과학 분야에서 획기적인 연구가 이루어지기를 기대한다.

저자

Seiji Inaba, Hideo Hosono, Setsuro Ito

자료유형

니즈학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

30(115)

잡지명

ニュ－ガラス

과학기술
표준분류

재료

페이지

34~38

분석자

김*환

분석물

• 엔트로피 탄성을 나타내는 산화물 유리.pdf [342,172 byte]

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