나무처럼 가볍고 티타늄 만큼 튼튼한 합금 소재

(A microscopic sample of the researchers’ "metallic wood"(Credit: University of Pennsylvania))

(Stacked plastic spheres (white) provide a framework for nickel (blue) and are ultimately dissolved away, then other functional coatings (yellow) can be added(Credit: University of Pennsylvania))

 펜실베이니아 대학과 일리노이 대학, 그리고 케임브리지 대학의 연구팀이 나무의 구조를 흉내낸 금속 구조물을 만들어 티타늄 만큼 단단하면서도 5배나 가까운 니켈 구조물을 만들었습니다. 기본적인 아이디어는 단순합니다. 쇠파이프나 뼈처럼 내부가 비어 있는 구조물을 만드는 것입니다. 

 비교 대상인 나무의 주 성분인 셀룰로오스는 사실 약한 섬유입니다. 하지만 단단한 3차원 구조를 만들면 거대한 나무도 지탱할 수 있습니다. 내부에 세포질과 물이 찬 식물 세포를 벽돌로 삼아 구조물을 입체적으로 쌓아 올린 것이죠. 

 금속 구조물 역시 내부를 가득 채우는 것보다 아파트처럼 내부에 규칙적인 빈 공간을 만들면 무게 대비 강도를 크게 높일 수 있습니다. 하지만 이를 위해 금속 3D 프린터를 이용하는 것은 속도는 느리고 비용은 많이 들어 실용성이 떨어집니다. 연구팀은 보다 실용적이고 대량 생산이 쉬운 대안을 개발했습니다. 

  우선 수백 나노미터 단위의 작은 플라스틱 입자를 결정모양으로 규칙적으로 배치한 후 크롬으로 도금하고 빈 공간을 니켈로 채워 넣습니다. 마지막으로 플라스틱 입자를 용해시키면 남는 것은 매부에 규칙적인 빈공간을 지닌 니켈 합금입니다. (두 번째 사진) 치밀하고 규칙적인 내부 구조 덕분에 이 합금은 매우 강도가 높지만 밀도는 물보다 낮아 나무처럼 물에 뜰 수 있습니다. 

 물론 상용화를 위해서는 갈 길이 멀겠지만, 흥미로운 방식임은 분명합니다. 나무나 플라스틱처럼 가벼우면서도 튼튼한 합금 소재는 소재 공학 분야에서는 오랜 꿈 가운데 하나였는데 과연 언제쯤 현실이 될 지 궁금합니다. 

 참고 

https://newatlas.com/metallic-wood-nickel-titanium/58234/