강한 금속 찾는 '이론' 나왔다

국내 연구진이 주도한 국제 공동 연구팀이 금속재료의 강도를 파악할 수 있는 '이론'을 개발했다.
포스텍 철강대학원 권세균 교수와 스웨덴 왕립공과대 레벤테 비토스 교수 공동 연구진은 '면심입방구조(FCC)'를 갖고 있는 금속의 강도를 미리 알아낼 수 있는 이론을 개발했다고 23일 밝혔다.
원자가 정육면체의 각 꼭지점과 중심에 놓인 상태로 배열된 상태를 FCC 구조라고 한다. 알루미늄과 구리 등이 모두 FCC형태로 이뤄져 있다. FCC 형태의 금속을 강하게 만들려면 외력을 가해 내부에 있는 원자가 거울을 바라보는 형태로 놓이는 '쌍정'을 만들어줘야 한다. 이때 금속은 마치 밀가루 반죽에 힘을 줬을 때처럼 원상태로 회복되지 못하고 모양을 그대로 유지하는 이를 '소성변형'이라고 한다. 소성변형은 금속을 이용해 물건을 만들 때나 건물과 선박, 다리 등 대형구조물의 안정성을 유지하는 데 있어서도 중요한 역할을 한다.
연구팀은 원자의 움직임을 컴퓨터시뮬레이션을 통해 분석해 FCC 금속의 내부에서 발생하는 쌍정을 예측할 수 있는 이론을 개발했다. 권세균 교수는 "굳이 실험을 하지 않더라도 이론을 통해 FCC 금속의 강도를 예측할 수 있게 됐다"고 설명했다.
연구팀은 소성변형이 복잡하고 이를 설명할 수 있는 일관된 이론이 없어서 금속재료의 성질을 충분히 이해하고 활용하는데 어려움이 있었던 만큼, 이번 연구로 새로운 고강도 합금재료 개발 시 비용과 시간을 절약할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 권세균 교수는 "이번 이론은 FCC 금속 뿐 아니라 다른 금속으로도 확장할 수 있다"며 "새로운 합금 개발에도 활용될 수 있을 것"으로 기대했다. 연구결과는 국제학술지인 '미국국립과학원회보(PNAS)' 21일자에 게재됐다.
[원호섭 기자]