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세계 최초의 액체금속이라 불리는 ‘형태 변화 금속’ 재료를 개발.
구조는 다공성 엘라스토머로 고무밴드처럼 변형될 수 있지만 항상 원래 모양으로 돌아가는 일종의 플라스틱. 51% 인듐, 32.5% 비스무트 및 16.5% 주석으로 만들어진 특수 합금.
우주 탐사선에 사용되어 랜딩 프로브를 보다 견고하고 자가 재생. 위성과 궤도 구조도 이 액체 금속 그리드로 구성될 수 있다. 로봇활용에 큰 기대.

터미네이터 금속이 개발됐다.
마술처럼 접혔다가 원래 모습으로 복원되는 액체 금속성 물질

따뜻해지면 원래의 모양으로 복원되는 고분자-금속합금이 개발됐다. 이전의 어떤 손상이나 변형에 관계없이 반복해서 자신의 모습을 찾는다.
완전히 새로운 종류의 금속성 물질로, 소위 액체 금속격자로 가능하다.
이러한 재료는 예를 들어 궤도에서 "망가지지 않는" 로봇 및 탐사선에서 펼칠 수 있는 위성을 구축하는 데 사용될 수 있다.

▲ 새로운 유형의 금속 재료로 제작된 이 손은 손가락 자체가 펼쳐져있는 것 같다. © Pu Zhang

영화 "터미네이터 (Terminator)"의 필름 특성은 다음과 같다.
액체 금속으로 만들어져 원하는 모양을 거의 바꿀 수 있고 스스로 수리할 수 ​있다.
그러나 지금까지 그러한 자료는 순수한 공상 과학 소설에만 있었다.
금속은 열로 녹아 다시 주조될 수 있다. 그러나 식으면 스스로 조직된 방식으로 자신의 모습을 되찾을 수 있을까?

엘라스토머 구조 및 액체 금속

뉴욕 주립대학의 연구원들은 그러한 세계 최초의 액체금속이라 불리는 ‘형태 변화 금속’ 재료를 개발했다. 그 구조는 다공성 엘라스토머로 만들어진다. 고무밴드처럼 변형될 수 있지만 항상 원래 모양으로 돌아가는 일종의 플라스틱이다.

두 번째 성분은, 51% 인듐, 32.5% 비스무트 및 16.5% 주석으로 만들어진 특수 합금이다.
이 합금은 62도에서 녹으며 특히 유리의 땜납, 주조 재료 또는 핵 응용 분야의 냉각제로 사용된다. 3D프린팅, 진공 캐스팅 및 코팅의 복잡한 조합 덕분에 두 재료의 모든 조합을 사용하여 임의의 모양을 만들 수 있다.

연구원들은 “우리는 액체 금속 메쉬재료라고 하는 완전히 새로운 종류의 기능성 메쉬 재료를 개발했다” 고 보고했다.

이전 형태로 돌아간다

실온에서 금속 성분은 단단하고 재료는 안정적이며 탄력적이다.
"장의 합금 덕분에 이 재료는 처음에는 보통의 금속처럼 행동한다" 고 연구책임자 푸 장(Pu Zhang)은 설명했다. 그러나 손상되거나 의도적으로 변형된 경우(예:접힘) 예열만 하면 된다.
"하이브리드 디자인은 금속의 고체-액체 상전이를 사용하는 형상 기억으로 이어진다."

따뜻하면 금속 재료가 다시 펼쳐지고 모든 움푹 들어간 곳을 보정하고 원래 모양으로 돌아간다. 액체 금속은 단순히 흘러나가기 때문에 엘라스토머 슬리브없이는 작동하지 않을 것이다. 그러나 외부 골격은 재료의 모양과 무결성을 제어하고 액체 금속을 채널에 가두게 한다.

안테나가 펼쳐지고 손이 손가락을 편다.

이 시험에서 연구원들은 액체 금속격자로 거미줄 같은 안테나를 만들었다. 열에 노출될 때 마술처럼 손가락이 천천히 열린다. 또한 흥미로운 점은, 옛 모습으로의 복귀는 열 공급뿐만 아니라 기계적 에너지의 흡수에 의해 유발될 수 있으며, 열로 변환된다.

Zhang과 그의 팀은 덧붙였다. “이 물질은 회복 가능한 에너지 흡수, 제어 가능한 강성 및 재구성 가능한 행동을 포함해 몇 가지 놀라운 기능을 가지고 있다. 이 물질로 만들어진 물체를 자가 수리하고 재사용 할 수 있게 한다.”

우주여행 및 로봇에 유용

예를 들어, 새로운 금속 재료는 우주 탐사선에 사용되어 랜딩 프로브를 보다 견고하고 자가 재생한다. 위성과 궤도 구조도 이 액체 금속 그리드로 구성될 수 있다. 처음에는 공간을 절약하기 위해 졉혀있다가 햇빛에 의해 궤도에서 예열된 다음 실제 모양으로 전개될 것이다.

그러나 연구진의 다음 목표는 로봇이 어떻게 될 수 있는가 하는 것이다.
“우리의 꿈은 액체 금속 그리드로 로봇을 만드는 것이다. 우리는 이미 손을 가지고 있다. 첫 단계다” 고 Zhang은 말했다.

(Additive Manufacturing, 2020; doi : 10.1016 / j.addma.2020.101117)
출처 : Binghamton University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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