기계/재료

저장대학, 새로운 가소성 탄산칼슘 제조방법 개발

발행일 : 2019 / 10 / 22

저장(浙江)대학 화학학부 탕루이캉(唐睿康) 연구팀은 탄산칼슘을 플라스틱처럼 금형의 모양에 따라 성형할 수 있는 강가소성 탄산칼슘 제조방법을 개발했다. 해당 방법으로 제조된 재료는 구조 연속성과 완전 치밀성의 특성을 보유하기에 산업 및 생물학적 복구, 3D 인쇄 등 분야에서 광범위한 응용 전망이 있다. 해당 성과는 “Nature”에 게재되었다.

속칭 석회석으로 불리는 탄산칼슘은 다양한 암석에 존재하며 주요 건축자재로서 동물 뼈와 조개껍질의 주요성분이다. 고품질의 탄산칼슘 단결정은 천문용 태양흑점 측정기, 마이크로 거리 측정기를 제조하는 주요 재료이다. 기존에 실험실, 산업분야에서 인공탄산칼슘을 제조할 경우 종종 미크론 크기의 백색분말 획득만 가능하고 벌크 재료 형성이 아주 어렵다.

연구팀은 획기적으로 “무기이온 올리고머 및 그 중합반응”의 개념을 제안함과 아울러 유기중합 방법을 전통적인 무기재료 제조에 적용하여 다양한 형태의 벌크 탄산칼슘 모놀리스 뿐만 아니라 단결정도 제조하였으며 플라스틱과 같은 방법으로 응집성장을 진행했다.

기존의 재료 제조는 조각품 가공처럼 큰 돌을 깎아서 모양을 만들었지만 해당 기술은 주형에 재료를 부어서 성형하는 방식이다.

해당 기술로 제조된 탄산칼슘의 경도와 역학적 성능은 재료의 이상적인 상태에 가깝고 아울러 유동성을 구비하여 콜로이드를 만들 수 있다. 이는 경도와 취성이 높은 탄산칼슘과 같은 무기광물질도 상이한 설계에 따라 다양한 성상을 나타낼 수 있고 전통 무기재료의 가공성 부족의 단점을 극복할 수 있음을 의미한다.

연구팀은 실험에서 가소성 탄산칼슘을 이용하여 방해석 손상을 성공적으로 복구했다. 광학 프리즘 재료인 방해석은 결정체의 표면이 쉽게 손상된다. 아주 작은 홈도 관측 정확도에 영향을 미치는데 복구가 어려워 긁히기만 하면 폐기된다. 연구팀은 실험에서 탄산칼슘 올리고머를 손상된 방해석 결정체에 발라 원래의 단결정과 완전히 일치한 구조를 얻었다.

유사한 방법으로 많은 광물질 재료의 구조 복구를 달성할 수 있다. 아울러 3D 인쇄분야에서 기존에는 유기물질 “인쇄”만 가능했지만 이온성 올리고머의 원리에 따라 무기물질도 “인쇄” 가능하다. 향후 돌도 진정한 3D 인쇄를 달성할 수 있다.