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Aug 14, 2023

중국의 '획기적' 기술로 더 낮은 온도에서 다양한 금속 합금 제조 가능

ktsimage/iStock 구독함으로써 귀하는 당사의 이용약관 및 정책에 동의하게 되며 언제든지 구독을 취소할 수 있습니다. 중국 우한대학교 화학분자과학대학 연구진

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중국 우한대학교 화학분자과학대학 연구원들이 다양한 금속으로 합금을 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도에서 만들 수 있게 하는 재료과학 분야에서 상당한 '획기적 발전'을 달성했다고 사우스 차이나 모닝 포스트(South China Morning Post)가 보도했습니다. 보고되었습니다. 획기적인 발전은 혼합물에 금속 갈륨을 추가하는 것 이상을 포함하지 않습니다.

청동기시대부터 합금은 우리 문명의 발전에 기여해 왔습니다. 현대 합금 응용에는 5개 이상의 금속 원소로 구성된 고엔트로피 합금(HEA)을 만들고 제조하는 작업이 포함됩니다.

HEA는 마모에 대한 저항력이 뛰어나며 항공우주, 에너지 변환 및 저장, 의료 장비 등의 분야에서 응용되고 있습니다. 그러나 HEA를 만드는 것은 최대 화씨 3,632도(섭씨 2,000도)의 온도가 필요한 에너지 집약적인 작업입니다. 그러나 금속 원자는 호환성이 매우 높을 수 있으므로 이것이 형성을 보장하지는 않습니다.

HEA를 만드는 기존 방법은 구성 요소를 화씨 약 3,000도의 온도로 가열한 다음 혼합하기 전에 빠르게 냉각하는 것입니다. 그러나 이 접근 방식은 다섯 가지 요소가 서로 불일치하고 합금을 분리할 수 있기 때문에 매번 작동하지 않습니다. 마치 서로 다른 성격과 성격을 가진 다섯 사람의 그룹처럼 말입니다.

우한 대학교 교수인 푸 레이(Fu Lei)가 이끄는 연구팀은 합금 혼합물에 갈륨을 첨가하면 준비 온도를 화씨 1,200도(섭씨 650도)까지 낮출 수 있다는 사실을 발견했습니다.

갈륨의 녹는점은 화씨 85도(섭씨 ~30도)에 불과합니다. 즉, 손바닥에 쥐면 금속이 녹을 것입니다. 그러나 연구자들은 이를 합금 준비 시 반응 매체와 접착제로 사용하여 몇 가지 흥미로운 결과를 발견했습니다.

과학계는 수세기 동안 갈륨에 대해 알고 있었으며 갈륨이 원래 형태로 돌아가는 능력은 터미네이터와 같은 영화에서 자가 치유 액체 금속을 다룬 SF 소설에 영감을 주기도 했습니다. 그러나 푸와 그의 팀이 발견한 것은 너무 좋아서 믿기 어려울 정도였습니다.

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실제로 이 발견은 2년 전에 이루어졌지만 과학적 동료 검토가 완료되지 않아 공개되지 않았습니다. Nature와 같은 저널의 리뷰어들조차 이 발견이 믿기지 않는다고 생각했고 원고를 승인하기 전에 과정에 대한 더 많은 증거를 보고 싶어했습니다.

그런 다음 팀은 기본 메커니즘에 대한 보다 엄격한 설명을 돕기 위해 추가 실험과 계산을 수행했습니다. 그들은 또한 이 접근법을 사용하여 만든 합금이 기존 방법을 사용하여 만든 합금과 다르지 않다는 것을 발견했습니다.

이제 연구자들은 갈륨과 상용성 금속을 가열하면 결정성 HEA 나노입자가 자발적으로 성장하게 된다고 설명합니다. 그들은 또한 기존 접근 방식으로는 달성할 수 없었던 다양한 범위의 금속을 사용하여 합금을 합성할 수 있었습니다.

중국 연구자들이 최초로 재료과학을 발전시킨 것은 이번이 처음이 아니다. 최근 칭화대학교의 또 다른 연구자 그룹은 언젠가 소프트 로봇에 사용될 수 있는 액체 금속 코팅을 시연했습니다.

고엔트로피 합금 나노입자(HEA-NP)는 기능성 재료로서 큰 잠재력을 보여줍니다. 그러나 지금까지 실현된 고엔트로피 합금은 유사한 요소의 팔레트로 제한되어 있어 다양한 응용 분야에 대한 재료 설계, 특성 최적화 및 기계적 탐색을 크게 방해합니다4,5. 여기에서 우리는 다른 원소와 음의 혼합 엔탈피를 부여하는 액체 금속이 안정적인 열역학적 조건을 제공하고 바람직한 동적 혼합 저장소 역할을 하여 온화한 반응 조건에서 다양한 금속 원소와 HEA-NP의 합성을 실현할 수 있음을 발견했습니다. 관련 원소는 광범위한 원자 반경(1.24~1.97Å)과 녹는점(303~3,683K)을 가지고 있습니다. 또한 혼합 엔탈피 튜닝을 통해 정밀하게 제작된 나노입자 구조를 구현했습니다. 또한 실시간 변환 프로세스(즉, 액체 금속에서 결정질 HEA-NP로)가 현장에서 포착되어 합금 공정 중 동적 핵분열-융합 거동을 확인했습니다.