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스위스, 조개껍데기의 구조와 닮은 새로운 복합물 개발
그림. 독특한 3차원 구조를 가진 CaCo3의 단면적 사진.
스위스 취리히연방공과대학(ETH-Zurich)의 연구진은 조개껍데기의 구조와 닮은 새로운 복합물을 개발했다. 이 복합 구조는 더 강한 복합물이 되도록 매우 작은 자기 입자를 사용했다. 이 기술은 내구성 코팅에서부터 더 강하고 더 가벼운 물질의 생성까지 다양한 분야에 적용될 수 있다.
복합재료는 현재 폭넓게 사용되고 있다. 이것은 비행기 날개와 유리 섬유 보트에서부터 풍력 터빈 블레이드와 치과 보철물까지 다양한 분야에 사용된다. 복합물은 플라스틱, 금속, 세라믹과 같은 다양한 종류의 물질로 구성될 수 있기 때문에 강하고, 단단하고, 빛을 발하며, 플렉서블하도록 설계할 수 있다. 이런 성질들을 가지기 위해서는 한 가지 물질만으로는 불가능하다; 플라스틱은 단단하지 않고, 금속은 빛을 발하지 않으며, 세라믹은 플렉서블하지 않다. 이런 특성들을 가진 복합물을 만들기 위해서는 에폭시 접착제와 같이 더 부드럽고 더 가벼운 폴리머 물질 속에 강하면서 딱딱한 세라믹을 적절하게 위치시키는 것이 필요하다. 적절한 방향성 제어가 없는 딱딱한 구성요소들은 부드러운 물질을 강하게 하는데 비효율적이다.
현재의 복합 재료는 딱딱한 섬유를 포함하는데, 이후에 이것은 부드러운 폴리머 레진과 결합된다. 이것은 단일 섬유 층의 끝에서 쉽게 관찰될 수 있는 섬유 면을 강하고 견고하게 한다. 현재의 제조 기술은 더 큰 구조를 만들기 위해서 아주 얇은 수많은 층을 적층시키는 방법을 사용한다. 그러나 이런 방법을 사용했을 경우에 적층된 층 간의 박리가 쉽게 일어나고 약한 내구성을 가진 복합물을 생성시킬 수 있다. 이에는 대조적으로, 살아 있는 조직으로 생성된 복합 재료(예를 들면, 조개 껍데기 구조)는 독특한 3차원 구조를 가진 강화제를 사용해서 생물학적 합성물을 만듦으로써 이 문제를 해결한다. 유사한 3차원 강화 방법은 치아, 뼈, 식물 줄기에서 찾을 수 있다.
저널 Science에 게재된 최근 연구에서, 이번 연구진은 인조 복합물 속에 딱딱한 강화제를 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술은 자기력을 이용한다. 이 기술의 문제점은 복합물의 재료가 비자성을 가질 경우에 자기력에 반응하지 않을 수 있다는 점이다. 그래서 이번 연구진은 딱딱한 구성요소의 표면 위에 매우 작은 자기 나노입자를 부착시킴으로써 이런 물질이 자기 반응을 불러올 수 있게 했다. 이 방법은 구성요소를 마이크로미터 크기로 제어할 수 있을 경우에만 가능했다.
연구진은 이 기술이 이전에서 가능하지 않았던 완전히 새로운 복합 구조를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 증명했다. 이 새로운 구조는 원하는 물성을 가질 수 있게 할 수 있었는데, 이것은 이전 기술로는 불가능한 것이다. 이 새로운 기술은 낮은 자기장과 코팅이 있으면 가능하기 때문에, 기존의 제조 프로세스와 호환될 수 있다. 이번 연구진은 이 기술을 산업용으로 적용시키기 위해서 현재 노력하고 있다. 이 방법의 산업화는 자동차 및 항공기 산업에서 더 가볍고, 더 저렴하며, 더 강한 복합 재료를 만들 수 있는 길을 열어 줄 것이다. 또한 이 방법은 더 가벼우면서 더 강한 풍력 터빈 블레이드와 같이 재생 에너지 생산을 증진시키는 재료 개발에도 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Science에서 "Composites Reinforced in Three Dimensions by Using Low Magnetic Fields" 라는 제목으로 게재되었다.
출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=23958.php
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