기억 형상학급이라는 것은 도대체 무엇으로 만들어지는 것인가요?
최근 과학 잡지를 보다 보니 기억형상합금이란 것이 있던데 이 금속은 원래부터 존재했던 금속인가요? 아니면 인류가 새롭게 만들어낸 금속인가요?
그리고 기억형상합금이 작용하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.
기억형상합금은 특정 온도 조건과 관련이 깊습니다. 특정 온도에 특정 형상을 세팅한 후에 해당 온도가 되면 다시 세팅된 형상으로 돌아오게 개발된 물질 입니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
기억형상합금은 인류가 새롭게 개발한 금속으로, 원래부터 존재하던 금속은 아닙니다. 기억형상합금은 주로 니켈, 티타늄, 구리, 사이너, 코발트 등의 금속들의 합금으로 구성되어 있습니다. 이러한 금속들을 특정 조건에서 가공하여 만들어지며, 그 특징적인 속성은 기억형상합금으로 알려져 있습니다.
기억형상합금의 작용 원리에는 주로 '기억형상 효과'라고 불리는 현상이 포함됩니다. 이 효과는 기억형상합금이 특정 온도에 노출되었을 때, 구조적인 변화를 겪게 되고 이 상태를 '기억'합니다. 그리고 다시 특정 온도에 노출되면 이전의 구조로 복원되는 특성을 가지고 있습니다.
기억형상합금은 이러한 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활용됩니다. 예를 들어, 의료 분야에서는 기억형상합금이 치아와 같은 생체 재료로 사용되고, 공항 보안 시스템에서는 기억형상합금이 열에 민감하게 반응하여 폭발물 탐지를 수행하는 데 사용될 수 있습니다.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
형상기억합금은 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 말합니다.
형상기억합금은 티타늄니켈 합금이 대표적이며, 그 밖에 동계의 합금이 연구, 개발 중에 있다고 합니다. 즉, 원래 있던 금속이 아니라 새롭게 만들어낸 금속입니다.
형상기억합금의 원리는 '상 변화'라는 현상에 기반합니다. 이 변화는 적절한 온도에서 발생하며, 이를 통해 합금이 두 가지 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있습니다. 마르텐사이트 상 상태에서는 합금이 매우 변형 가능하며, 저온에서 이 상태가 나타납니다. 이 형태를 임의로 바꾸면 그 형태를 유지합니다. 하지만 오스테나이트 상 상태에서는 합금이 원래의 형태로 돌아갑니다. 이는 높은 온도에서 나타나며, 합금이 이전에 가지고 있던 '기억된' 형태로 되돌아가는 것이죠.
즉, 형상기억합금은 변형 온도 이하에서 힘을 가하면 원자의 배열이 달라졌다가, 다시 가열하여 변형 온도에 이르면 원래의 원자 배열로 되돌아가 모양이 복원되는 원리로 작동하는 것이며 이러한 원리는 주로 상전이와 결정 구조 변화에 의해 이루어집니다.
안녕하세요. 김동준 과학전문가입니다.
형상기억합금은 온도나 압력 등의 외부 환경 변화에 따라, 형태나 크기가 변화하면서도 변형 이전의 초기 상태로 되돌아가는 능력을 갖춘 합금입니다. 이러한 특징은 형상 기억 효과(Shape Memory Effect, ***E)라고 불리며, 다른 재료와는 달리 고유한 물리적 특성을 갖고 있습니다.
형상기억합금은 일반적으로 니켈, 티타늄, 구리 등 다양한 금속 원소로 이루어져 있으며, 이러한 금속이 특수한 조건에서 합쳐지면서 형상기억합금의 특성을 가지게 됩니다. 이러한 합금의 특징으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
1. 형상 기억 효과 : 형상기억합금은 외부 환경 변화에 따라 형태와 크기를 변형시켜도, 초기 상태로 되돌아가는 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 형상 기억 효과는 다양한 분야에서 응용됩니다.
2. 슈퍼 탄성 : 형상기억합금은 탄성 변형이 매우 크기 때문에, 슈퍼 탄성(Superelasticity)이라고도 불리는 특징을 가지고 있습니다.
3. 내식성과 내부식성 : 형상기억합금은 다양한 환경에서 사용될 수 있도록 내식성과 내부식성이 뛰어납니다.
4. 높은 기계적 성질 : 형상기억합금은 높은 기계적 성질을 가지고 있으며, 강도가 높고 내구성이 좋습니다.
5. 높은 가공성 : 형상기억합금은 높은 가공성을 가지고 있어, 다양한 형태로 가공이 가능합니다.
6. 다양한 응용 분야 : 형상기억합금은 의료기기, 자동차 부품, 항공우주 산업 등 다양한 분야에서 응용됩니다.
이러한 특징들을 갖는 형상기억합금은 다양한 분야에서 사용되며, 향후에도 응용 분야가 계속해서 확대될 것으로 예상됩니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
최초의 형상기억합금은 '니티놀'이라고 하는 니켈-티타늄 합금이다. 기억력이 가장 강력하지만 니켈과 티타늄의 값이 워낙 비싸기 때문에 다양한 분야에 적용이 힘들어서 학자들은 대체재를 연구하고 있는 중이다. 그 외에도 더 비싼 금과 은을 베이스로 하는 합금계열(...), 구리계열, 철계열 등등이 있고 철 계열의 형상기억합금은 상대적으로 가격이 싼 편이라 좀 더 발전하면 토목분야 등에서도 상용화를 할 수도 있는 수준.
실제 이용하는 형상기억 특징의 종류는 크게 두 가지. 첫 번째는 온도가 낮을 때 변형시킨 후 온도를 올리면 원래의 형태로 돌아오는 것으로, 이것이 우리가 익히 알고있는 형상기억 특성이다. 위 상변화 그림에서 쭉 펴진 Martensite 로 구조가 변화되었다가 온도가 올라가면서 Austenite 로 돌아오는 형태.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
현재 사용하고 있는 니켈-티타늄(Ni-Ti) 소재의 형상기억합금은 1960년 미국 메릴랜드주 있는 미해군 병기연구소 한 연구원의 우연한 행동으로 발견되었습니다. 당시 미해군에서는 잠수함 선채에 사용될 특수 합금을 제작하기 위해 다양한 소재의 금속을 다양한 비율로 섞어 그 특성을 비교 연구하고 있었습니다. 그런데 니켈과 티타늄이 1대 1로 섞인 금속에서 이상한 반응이 검출되었습니다. 제작된 시료에 연구원이 가까이 다가가자 니켈 티타늄시료가 꿈틀거리는 것을 발견한 것이었습니다. 연구원이 왜 그 합금에 변형이 일어나는지 밝히기 위해 다양한 실험을 해 본 결과 연구원이 입에 담배를 물고 다가섰던 것이 원인이었음을 알게 되었습니다.
즉, 낮은 온도에서는 변형되었다가 특정 온도에 노출되면 원래의 모습대로 돌아오는 형상기억합금을 발견하게 된 것입니다.
원리를 간략히 말하자면, 고온의 모상과 저온의 마르텐사이트상에서 결정배형이 현저히 달라 저온측에서 형태에 변형을 가해도 일정한 온도(역변태 온도)이상으로 가열하면 본래의 형태(모상)으로 돌아오는 현상입니다.
