기계/재료

고온/저온에 견디는 초경량 초탄성 소재 개발

발행일 : 2020 / 01 / 03

중국과기대 위수훙(俞書宏) 연구팀과 량하이웨이(梁海偉) 연구팀은 200만 라운드 압축 후에도 여전히 “초탄성”을 보유하여 변형되지 않을 뿐만 아니라 –100℃ ~ 500℃의 초저온/초고온에서도 견딜 수 있는 초경량형 신소재를 개발했다. 해당 성과는 “Advanced Materials”에 게재됐다.

경량성/강인성을 보유함과 아울러 고온/저온에 견딜 수 있는 “초탄성” 재료는 항공우주, 연체 로봇, 기계적 완충, 에너지 감쇠 등 분야의 이상적인 재료이다. 많은 재료는 그 중의 1가지 또는 몇 가지 특성을 보유하고 있지만 상기 모든 특성을 모두 보유한 재료는 매우 적다.

최근 탄소나노튜브와 그래핀으로 경량형 초탄성 재료 개발을 시도했지만 공법의 제한으로 밀리미터급 “소규모 물질”밖에 제조할 수 없고 크기를 증가시킬 경우 파손되는 현상이 나타난다. 그리고 자연계의 일부분 생물소재는 우수한 역학적 성능을 보유하고 있지만 순수한 유기물 또는 유기물/무기물 복합 구조이기에 일반적으로 매우 제한된 온도 범위에서 기능을 발휘한다. 예를 들면 인체 힘줄은 양호한 내피로성 재료이지만 인체 온도 범위 내에서만 정상적으로 기능을 발휘하며 나무는 가볍고 인성이 강하지만 고온에 견디지 못한다.

연구팀은 열분해 화학적 제어를 통해 구조생물재료를 흑연 탄소나노섬유 에어로겔 재료로 전환시키는 새 방법을 개발했다. 실험적 검증 결과, 해당 새 방법으로 재조한 신형 흑연 에어로겔 재료는 무게가 약 6mg/cm3이고 200만 라운드 압축한 후에도 초탄성을 보유하여 변형되지 않으며 –100℃ ~ 500℃ 온도 범위 내에서 초탄성 및 내피로성을 유지하는 등 우수한 성능을 보유하고 있다.

해당 신소재는 “대형”, 대규모로 합성할 수 있을 뿐만 아니라 생물소재의 경제적 우위를 보유하고 있기에 항공 태양열 배터리, 슈퍼커패시터, 에너지 완충 및 센서 장치 등 분야에서 중요한 응용 전망이 있다.

36 Views