중국·오스트리아 연구진, '열팽창 거의 없는' 신소재 개발...초정밀 제조 '새 지평'

중국과 오스트리아 연구진이 넓은 온도 범위에서 열팽창이 거의 없는 혁신적인 금속 합금을 개발했다. 이 소재는 초정밀 제조 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가졌으며, 마이크로칩, 항공우주 부품, 정밀 기기 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다고 최근 홍콩에서 발행되는 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

중국 베이징 과학기술대학과 오스트리아 비엔나 공과대학 연구진은 공동 연구를 통해 영하 270도에서 영상 167도의 넓은 온도 범위에서 열팽창이 거의 없는 금속 합금을 개발했다. 이 합금은 지르코늄, 코발트, 철, 니오븀으로 구성된 파이로클로르 자석으로, 기존의 열팽창이 낮은 소재인 '인바 합금'보다 훨씬 뛰어난 성능을 보인다.

대부분의 금속은 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축하는 성질을 가지고 있다. 이러한 열팽창은 대형 구조물에서는 큰 문제가 되지 않지만, 마이크로칩, 항공우주 부품, 정밀 의료기기 등 초정밀 제조 분야에서는 심각한 오류를 발생시킬 수 있다.

이번에 개발된 신소재는 열팽창 문제를 해결하여 초정밀 제조 분야에 혁신을 가져올 수 있을 것으로 기대된다. 특히 온도 변화가 심한 환경에서 작동하는 기계, 부품, 장비 제작에 활용될 수 있으며, 제품의 안정성과 수명을 향상하는 데 기여할 수 있다.
연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 인바 합금의 열팽창 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 새로운 합금을 설계했다. 이후 실험을 통해 신소재의 열팽창 특성을 검증한 결과, 넓은 온도 범위에서 열팽창이 거의 없는 것을 확인했다.

이러한 연구 결과는 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 검증을 통해 새로운 소재를 개발하는 방법론을 제시했다는 점에서도 의미가 크다. 이는 향후 다양한 분야에서 새로운 소재 개발 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

신소재의 열팽창이 거의 없는 이유는 '열팽창 보상 효과' 때문이다. 일반적으로 금속은 온도가 높아지면 원자 간 거리가 멀어져 팽창한다. 하지만 신소재는 원자 배열과 구성을 특수하게 설계하여 온도 변화에 따른 팽창과 수축을 상쇄하는 효과를 만들어냈다.

즉, 신소재는 온도 변화에 따라 일부 영역은 팽창하고 일부 영역은 수축하지만, 전체적으로는 팽창과 수축이 상쇄되어 열팽창이 거의 없는 상태를 유지한다.

이번 연구 결과는 마이크로칩, 항공우주 부품, 정밀 기기 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌 수 있는 '게임 체인저'로 평가받고 있다. 특히 온도 변화에 민감한 첨단산업 분야에서 제품의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 신소재의 상용화를 위해 추가 연구를 진행하고 있으며, 다양한 분야에서의 활용 가능성을 탐색하고 있다. 이 소재는 향후 첨단산업 분야의 발전과 혁신을 이끌어갈 핵심 소재 중 하나가 될 것으로 전망된다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com