금속 폼 미쳤다
- 편집팀
- 2월 16일
- 3분 분량
요즘 과학 분야에 있어 가장 핫한 주제 중 하나는 바로 신소재입니다. 일반적으로 신소재라 하면 많은 사람들이 원자의 배열을 완전히 바꾸거나 개량한 물질로 생각하나, 어떠한 물질의 물리적인 특징만 바꾸어도 신소재가 되기도 합니다. 오늘 소개할 신소재는 metal foam으로, 그 활용성이 매우 기대되는 물질입니다. 방사선 차단 물질, 방탄 조끼 등의 분야에서 주목되고 있지만, 현재 가장 큰 관건은 좀 더 저렴한 생산방식을 찾아 상업적으로 적용하는 것입니다
메탈 폼은 다른 소재들과 비교해 뛰어난 특성을 가지고 있어 다양한 산업 분야에서 활용됩니다. 메탈 폼의 구조는 기본적으로 다공성입니다. 이 다공체의 구멍에는 일반적으로 공기나 상황에 따라 질소 등의 가스로 채워져 있으며, 기본이 되는 금속이 바뀜에 따라 강도, 경도, 충격 흡수 정도 등에 차이가 생긴다고 합니다. 메탈 폼의 공통적인 특성은 다음과 같습니다.
메탈 폼(금속 폼)이란?
최근 연구에서는 메탈 폼의 다양한 특성을 활용하여 더욱 혁신적인 응용이 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 메탈 폼은 전자기파를 흡수하는 능력도 갖고 있습니다. 이는 노스캐롤라이나 대학의 연구에서 확인되었는데, 메탈 폼이 X선이나 감마선과 같은 전자기파를 충분히 차단하여 인체나 기기 등을 보호할 수 있다는 것입니다. 이러한 특성은 의료 기기나 방사선 관련 산업에서의 응용 가능성을 높이고 있습니다.
또한, 최근 연구에서는 메탈 폼의 구조를 더욱 개선하여 높은 고온 내구성을 갖는 폼도 개발되고 있습니다. 이러한 폼은 고온에서의 안정성이 뛰어나기 때문에 고온 환경에서 사용되는 장비나 시스템에서 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 자동차 엔진의 냉각 시스템이나 항공기의 엔진 부품 등에서 사용될 수 있습니다.
뿐만 아니라, 최근에는 메탈 폼의 생산 공정을 개선하여 대량 생산이 가능한 기술도 연구되고 있습니다. 이는 메탈 폼의 산업적 활용을 더욱 넓히고 경제적으로 효율적으로 만들어줄 것으로 기대됩니다.
이러한 연구 동향은 메탈 폼이 다양한 분야에서의 응용 가능성을 더욱 확장시키고 있으며, 미래에는 더 많은 혁신적인 제품과 기술이 개발될 것으로 기대됩니다.
메탈 폼은 일반적으로 두 가지 주요 방법을 통해 제조됩니다. 하나는 세라믹 발포체(Ceramic Foaming)를 사용하는 방법이고, 다른 하나는 발포제를 금속에 첨가하여 발포시키는 방법입니다. 세라믹 발포체를 사용하는 경우에는 금속 슬러리에 세라믹 발포체를 혼합하고 가열하여 발포시킵니다. 발포제를 사용하는 경우에는 금속 슬러리에 발포제를 첨가하여 형태를 만들고, 그 다음 가열하여 발포 시킵니다. 3D 프린팅 기술을 접목한 메탈 폼 제작 역시 주목되고 있으나, 그 가격 때문에 아직 현실적인 적용이 어렵습니다.
메탈 폼의 발전과 활용성
메탈 폼은 다양한 산업 분야에서 혁신적인 솔루션으로 활용되고 있습니다. 특히 자동차 산업에서는 그 경량성과 강도, 열 및 소음 흡수 등의 특성으로 인해 많은 연구가 이루어지고 있습니다. 이러한 폼은 충격 흡수 장치로서 자동차의 안전성을 높이는 데 사용됩니다. 사고 시 에너지를 흡수하여 승객과 차량에 더 나은 보호를 제공합니다.
또한 비행기 및 우주 탐사선과 같은 항공 우주 산업에서는 경량화를 위한 필수적인 재료로 메탈 폼이 채택되고 있습니다. 우주 탐사선에서는 무게를 줄여 연료 소비를 최소화하고, 비행기에서는 더 효율적인 운항을 가능하게 합니다.
화학 산업에서는 메탈 폼이 촉매 활성 지지체로 사용됩니다. 이는 메탈 폼의 큰 표면적이 반응 속도를 향상시키고, 촉매의 재생이나 재사용을 용이하게 합니다. 또한 이러한 폼은 전기화학 산업에서 전극 재료로도 사용될 수 있습니다. 메탈 폼의 전기적 특성은 전극의 표면적을 늘리고 전하 이동을 촉진하여 전기 화학 반응의 효율성을 향상시킵니다.
이러한 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성으로 인해 메탈 폼에 대한 연구와 개발은 계속되고 있으며, 새로운 응용 분야가 발견되고 있습니다. 이는 미래에 더 많은 혁신과 발전을 이끌어낼 것으로 기대됩니다.
메탈 폼에 대한 최신 연구 동향
메탈 폼은 다양한 산업 분야에서 혁신적인 솔루션으로 사용되고 있으며, 계속해서 연구 및 발전이 이루어지고 있습니다. 먼저, 앞서 글에서 언급한 북 캐롤라이나 주립대의 방사선과 금속폼의 차단 능력에 관한 논문을 정리해보았습니다. 이 논문은 복합 금속 폼(Composite Metal Foams, CMFs)의 X선 흡수 효율과 감마선 및 중성자와의 비교에 대한 연구를 다루고 있습니다. 그들은 연구를 통해서,
1) 복합 금속 폼은 경량이면서 탁월한 에너지 흡수 특성을 가지며, 방사선 차단 능력이 뛰어나다는 것이 실험 결과를 통해 입증하였고,
2) 실험 결과에 따르면, T15 고속 강철 분말을 사용한 CMFs는 텅스텐과 바나듐과 같은 고원소 함량을 통해 방사선 차단 성능을 향상시킬 수 있음이 제안하였으며,
3) 핵 반응로 및 기타 방사선 시설로부터 방출되는 다양한 형태의 방사선에 대한 효과적인 방호 솔루션으로 CMFs의 활용 가능성을 확인하였습니다.
실험 방법은 다음과 같이 간략히 소개되었습니다:
- 고해상도 미세 단층 촬영장치를 사용하여 CMF, 알루미늄 A356 및 순수 납의 X선 투과 측정을 수행하였습니다.
- 각 재료의 투과 이미지를 재구성하기 위해 Feldkamp의 필터링된 백프로젝션 알고리즘을 사용하였습니다.
- MTS 810 범용 시험기를 사용하여 유사-인공 퀘이사 압축 시험을 실시하였으며, 디지털 카메라를 활용하여 샘플의 변형을 관찰하였습니다.
그들은 위의 과정을 통해 얻은 시료를 다음과 같이 분석하였습니다. 먼저, X선 투과 측정을 통해 CMFs의 방사선 차단 특성을 확인하고, 알루미늄 A356 및 순수 납과의 비교를 통해 성능을 평가하였습니다. 그 후, 퀘이사 스태틱 압축 시험을 통해 CMFs의 물리적 및 기계적 성능을 평가하고, 스트레스-변형 곡선을 분석하여 재료의 거동을 분석하였습니다. 결론적으로, 이 연구는 고에너지 방사선 환경에서의 안전성과 효율성을 보장하기 위한 고급 소재의 필요성을 강조하고 있습니다. 이렇게 금속폼에게 방사선 차단이라는 성질을 확인할 수 있었습니다.
이번 글에서는 메탈 폼이라는 다소 단순하면서도 금속과는 다른 성질을 보여주는 신재료에 대해 알아보았습니다. 앞으로 다양한 분야에서 쓰일 것으로 전망되는 만큼 꾸준히 다양한 연구가 계속될 것으로 보입니다.
참고자료
첨부한 이미지 출처
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