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홍콩 시립 대학(University of Hong Kong)의 연구진은 나노결정성(nanocrystallin)의 강화 효과와 비결정성 효과를 결합함으로써 상온에서 거의 이상적인 강도를 가진 이중상 물질을 만드는데 성공했다. 이번 연구진은 마그네슘이 풍부한 비정질 유리질 쉘(shell)과 나노결정 마그네슘 코어(core)를 기반으로 3.3 기가파스칼의 강도를 가진 매우 강력한 마그네슘 박막을 만들었다. 이 기술은 우수한 내마모성을 가진 생체 적합성 및 생분해성 의료용 임플란트, 가전제품, 우주항공 및 자동차 부품 등에 매우 유용하게 적용될 수 있다. 이론적으로 예측된 값에 근접한 강도를 가진 재료를 만드는 것은 쉬운 일이 아니다. 현재의 기술은 전위가 자유롭게 움직이지 않도록 만들어서 결함을 제어한다. 비정질 구조는 어떤 결정립계 또는 전위를 가지지 않기 때문에 재료의 강도를 증가시키는 좋은 방법이다. 단일상 금속 유리는 비정질 재료의 한 유형이고, 나노결정 합금보다 강하지만 낮은 변형율을 가진다. 이번 연구진은 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)이라고 불리는 기술을 사용해서 이러한 초-나노구조를 만들었다. 이 나노구조는 약 2 nm 두께의 비정질 쉘 속에 약 6 nm 지름의 MgCu2 입자들이 이중상으로 존재한다. 이 구조는 3.3 GPa의 거의 이상적인 강도와 65 GPa의 낮은 영률을 가진다. 이번에 개발된 마그네슘 기반의 첨단 소재는 결정질 마그네슘 합금보다 10 배 강하다. 그래서 생분해성 의료용 임플란트에 적용될 수 있고 스마트폰, 태블릿, 노트북과 같은 전자기기의 수명을 연장하는데도 사용될 수 있을 것이다. 또한 마그네슘 합금의 낮은 밀도는 항공 우주 및 자동차 부품에도 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature에 ldquo;Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/nature21691). |
