초고속 비행체 제작 등을 위한 차세대 신소재로 주목받고 있는 탄화규소 세라믹 신소재가 깨지지 않는 근본 원인을 한미 공동 연구진이 밝혀냈다.
김도경 KAIST 신소재공학과 교수는 미국 버클리 캘리포니아대 리치 교수팀과 공동으로 희토류(비금속 미량원소)를 첨가한 탄화규소 세라믹 신소재가 깨지지 않는 근본 원인을 규명했다고 밝혔다.
이 연구는 나노분야 국제 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인판(9월호)에 소개됐다.
세라믹은 고효율 발전 및 초고속 비행체 제작 등을 위한 차세대 신소재로 지난 30여년간 세계 각국에서 연구와 개발이 이뤄지고 있지만 물질 특성상 깨지기가 쉬워 화학적으로 매우 안정되면서도 열을 잘 전달하는 탄화규소 및 질화규소 등 희토류 산화물을 첨가해야만 했다.
그러나 희토류가 어떤 이유로 세라믹의 인성(靭性·깨지지 않는 성질)을 강화시키는 지에 대해서는 규명이 안돼 고성능 세라믹 신소재 개발의 걸림돌이 돼 왔다.
김 교수는 이번 연구를 통해 고성능 전자현미경을 이용해 세라믹내 나노 단위의 균열을 만들고 원자들의 배열과 화학성분의 분포를 찾아냈다. 또 서로 다른 특성을 가진 소재간의 경계인 ‘나노계면’에서 균열의 전파를 예측함으로써 세라믹 소재의 인성이 나타나는 근본 원인을 밝혔다.
김 교수는 “이번 연구 결과를 통해 희토류의 종류에 따라 세라믹 신소재의 인성 특성이 다르게 나타나는 현상을 정확하게 예측할 수 있게 됐다”며 “초고온에서 작동이 가능한 발전기 터빈 날개 제조 등 고성능 신소재 개발에도 적용이 가능할 것”이라고 말했다.
대전=신선미기자 smshin@
