포스텍 연구팀 극한 온도에도 강한 혁신 금속 개발

포항공과대학교(POSTECH) 연구진이 극저온부터 고온까지 넓은 온도 범위에서도 안정적인 성능을 유지하는 혁신적인 금속 소재를 개발했다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제 학술지 '머티리얼즈 리서치 레터스'에 게재되어 우주·항공·자동차 산업계의 주목을 받고 있다.

일반적인 금속 소재는 온도 변화에 민감하게 반응한다. 겨울철 차가운 금속 문고리나 여름철 뜨겁게 달궈진 금속 표면이 이를 증명한다. 이러한 특성 때문에 기존 금속 소재들은 특정 온도 범위에서만 최적의 성능을 발휘하는 한계가 있었다.

김형섭 POSTECH 신소재공학과·철강대학원·기계공학과 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 '하이퍼어댑터' 개념을 제안하고, 니켈 기반의 고엔트로피 합금(High entropy alloy, HEA)을 개발했다.

이 신소재의 가장 큰 특징은 영하 196도(77K)부터 600도(873K)까지 극단적인 온도 범위에서도 강도와 유연성을 거의 일정하게 유지한다는 점이다. 연구팀에 따르면, 이 합금의 핵심 기술은 나노 크기의 'L1₂ 석출상'에 있다. 이 미세 입자들이 합금 내부에 고르게 분포하여 금속이 변형되지 않도록 지지하는 역할을 한다.

또한 이 석출상은 금속이 변형될 때 내부 구조가 미끄러지듯 움직이는 특성이 온도와 관계없이 일정하게 유지되어, 극한 환경에서도 안정적인 성능을 발휘한다고 연구팀은 설명했다.

"연구팀이 개발한 HEA는 기존 합금의 한계를 뛰어넘어 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 신개념 소재로 자리 잡을 것"이라고 김형섭 교수는 밝혔다. 그는 또한 "하이퍼어댑터 개념은 극한 환경에서도 일관된 기계적 특성을 유지할 수 있는 획기적인 기술이 될 것"이라는 기대를 전했다.

이 혁신 소재는 로켓이나 항공기 엔진처럼 급격한 온도 변화가 발생하는 환경에서 안전성과 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 전망된다. 또한 자동차 엔진이나 배기 시스템, 발전소의 터빈과 파이프라인 등 고온 부품이 필요한 산업 분야에도 폭넓게 활용될 가능성이 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업과 현대자동차그룹의 지원을 받아 진행됐다..