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2014년 6월 22일 일요일

자신의 무게의 16 만배를 지탱할 수 있는 신소재



 MIT 와 로렌스 리버모어 국립 연구소 (Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)) 의 연구자들이 공기만큼 가벼우면서도 매우 단단한 신물질을 개발하는데 성공했다고 발표했습니다. MIT 의 니콜라스 팽 (Nicholas Fang) 과 그의 동료들이 사이언스에 발표할 논문에 의하면 이들이 개발한 신기술은 단지 가벼운 물질을 만드는 것 뿐만이 아니라 초미세 3D 프린팅도 가능하다고 합니다. 



(This microscope image shows a single unit of the structure developed by the team, called a stretch-dominated octet truss unit cell, made from a polymer using 3-D microstereolithography.
Credit: Courtesy of the researchers




(동영상)


 팽은 그의 연구 결과를 에펠 타워와 워싱턴 기념탑 (Washington Monument, 워싱턴을 기념하기 위해 만든 169.29 미터 짜리 석조탑) 의 차이로 설명했습니다. 에펠탑은 사실 워싱턴 기념탑과 비슷한 정도의 강도를 가지고 있지만 전자는 강철 골조로 만든 반면 후자는 거대한 암석 덩어리이기 때문에 후자가 훨씬 무거울 수 밖에 없습니다. 즉 내부 공간을 다 채우지 않으면서도 강도를 유지할 수 있기 때문에 더 가벼운 것이죠. 


 연구팀이 주목한 것은 바로 에어로겔 (aerogel : 공기보다 약간 더 높은 밀도를 가진 초경량 고체 물질) 과 비슷한 밀도를 가진 초경량 물질을 3D 프린터로 성형하는 것이었습니다. 2008 년 개발된 projection microstereolithography 이라는 기술이 여기에 돌파구를 열었는데 그 결과 얻어진 것은 에어로겔과 비슷한 밀도를 가지면서 고체 고무 정도의 경도를 가진 신소재를 자유롭게 3D 프린터로 성형하는 기술이었습니다. 이는 기존의 에어로겔 대비 400 배나 강한 강도를 지닌 것으로 자신의 무게의 16 만배에 달하는 하중을 버틸 수 있는 수준이라고 합니다. 


 좀더 구체적인 방법을 이야기 한다면 일단 광학 3D 프린팅 기술을 이용해서 현미경적인 크기의 래티스 주형 (microscopic lattice molds) 을 만들고 이를 다시 200 - 500 나노미터 두께의 금속으로 코팅한 후 본래 주형을 이루는 래티스 물질을 없애버리면 극도로 얇은 금속 구조물이 남게 된다고 합니다. 이는 에펠탑 보다는 속이 빈 알루미늄 파이프로 만든 경량 구조물에 빗댈 수 있을 텐데 아무튼 무게 대비 강도가 매우 높은 구조물이 생성되는 것입니다. 


 더 놀라운 것은 이런 물질을 초 미세 성형을 할 수 있다는 것인데 연구팀에 의하면 심지어 이를 만들 때 사용되는 광선의 파장 보다도 더 미세한 성형 (sub-wavelength printing) 이 가능하다고 합니다. 따라서 인간의 머리카락 굵기의 100 분의 1 이하의 미세 구조도 성형이 가능하다고 하네요. 연구팀은 이를 응용하면 현재의 DVD 보다 100 배 이상 기록을 저장할 수 있는 광학 미디어나 초미세 나노 회로를 성형할 수 있기를 기대하고 있습니다. 물론 스케일을 더 키워서 우주 항공 분야 처럼 초경량 구조물이 필요한 분야에도 활용된다면 적지 않은 파급효과가 있을 것입니다. 


 물론 실제 제품에 응용되는 데는 대량 생산 가능성 및 경제성등 다양한 요소들이 영향 미치기 때문에 미래에 이 기술이 반드시 응용된다고 말할 수는 없습니다. 좀 더 기다려 봐야겠죠. 하지만 상용화 여부를 떠나 구조물 자체의 무게대비 버틸 수 있는 하중이라는 관점에서는 놀랄만한 기록인 건 분명합니다. 이 연구는 미국의 DARPA ( Defense Advanced Research Projects Agency) 와 LLNL 의 지원을 받았다고 합니다. 


 참고 




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