늘리면 두꺼워지는 금속 나노박막 특성 발견

왼쪽부터 박순동연구원, 호덕탐 연구원, 김성엽 교수

아주경제 이한선 기자 = 울산과학기술대학교(UNIST)는 기계 및 신소재공학부 김성엽(42) 교수 연구팀이 얇은 금속판을 늘렸을 때 오히려 두께가 두꺼워지는 독특한 변형특성을 발견했다고 6일 밝혔다.

이번 연구결과는 네이처 자매지 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 이날 게재됐다.

일반적으로 고체 물질을 길이방향으로 늘리면 폭이나 두께가 줄어들지만 연구팀은 10억분의 1미터 두께의 금속 나노 박막을 내부의 결정 구조와 일치하는 방향으로 늘여 두께가 늘어남을 이론적으로 규명했다.

금속 나노박막의 두께가 늘어나는 것은 표면효과와 상변화 때문이다.

표면효과는 재료 내부에서 표면을 잡아당기는 힘에 의해 성질이 바뀌는 현상이고 상변화는 길이를 늘리는 것과 같은 변형을 통해 구조가 바뀌는 현상이다.

김성엽 교수는 “고체 재료를 늘렸을 때 폭이나 두께 방향으로 두꺼워지는 것은 아주 드문 현상”이라며 “이번 연구결과는 나노 금속 박막의 독특한 변형특성을 예측하고 그 원인을 이론적으로 규명한 것” 이라고 밝혔다.

이번 연구는 UNIST 연구진으로만 구성된 팀이 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 활용했고 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자 및 중견연구자 지원사업, BK21+의 지원으로 수행됐다. 

음의 프와송 비. 일반적으로 금속이 길이방향으로 늘어나면 두께 방향으로는 줄어들게 된다(위 그림). 그러나 동일한 금속이라도 두께가 수 나노미터로 얇아지면 길이방향으로 늘렸을 때 두께 방향으로도 늘어나게 되는 드문 현상이 나타난다(아래그림)