녹는 점은 물질의 중요한 특성 중 하나입니다. 녹는 점이 높은 금속은 고온 고압 환경에서 견딜 수 있는 소재로 적합하기 때문에 많은 연구가 이뤄져 있습니다. 지금까지 가장 높은 온도에서 견될 수 있는 소재는 하프늄-탄탈륨-탄소(Hf-Ta-C)로 대략 4200K (약 3927℃)에 해당하는 녹는 점을 가지고 있다고 합니다. 그런데 브라운 대학의 연구자들이 이보다 200도 더 높은 온도인 4400K에서 견딜 수 있는 새로운 소재가 가능하다는 주장을 저널 physicial review B에 발표했습니다.
그 물질이란 하프늄, 질소, 탄소(hafnium, nitrogen, and carbon (HfN0.38C0.51)) 화합물입니다. 뭔가 독특한 조합이라는 생각인데, 아무튼 브라운 대학의 악셀 반 데 발레 교수(Axel van de Walle, associate professor of engineering at Brown )와 그의 연구팀의 컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 이 물질이 역대 최고 녹는점 기록을 갱신할 수 있다고 합니다. 만약 사실이라면 이 물질은 지구 핵 바깥 부분이나 태양 흑점의 가장 낮은 온도를 기록하는 위치에서도 녹지 않을 수 있는 것입니다.
(Computer simulations predict a combination of hafnium, nitrogen and carbon will have the highest melting point yet (Credit: Van de Walle lab/Brown University) )
앞으로 이런 물질을 만드는 것이 과제이긴 하지만 사실이라면 흥미로운 이야기가 아닐 수 없습니다. 이번 연구에서 핵심은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 더 높은 온도에서 녹는 물질을 연구하고 이를 실험하는 방식으로 시간을 크게 절약할 수 있다는 것입니다. 이는 랜덤하게 조합을 테스트하는 것보다 훨씬 효과적입니다.
브라운 대학의 연구팀은 캘리포니아 데이비스 대학의 알렉산드라 나브로츠키(Alexandra Navrotsky's lab at the University of California-Davis)의 연구실과 협력해서 실제로 이 물질을 테스트할 계획이라고 합니다. 만약 실제로 작동한다면 신소재 연구에 새로운 지평을 열게 될 가능성도 있습니다.
이런 초고온에 버틸 수 있는 물질은 핵반응로나 매우 극고온 환경에 버텨야 하는 소재로 사용될 수 있습니다. 과연 어디까지 버틸 수 있는 물질이 나올지도 궁금하지만, 값비싼 희토류 원소를 쓰지 않고 쉽게 제조가 가능한 내열성 소재 개발도 중요할 것 같습니다.
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