형상기억합금
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맨 위가 금속의 원래 모양, 아래 둘은 변형된 모양
가공된 어떤 물체가 망가지거나 변형되어도 열을 가하면 원래의 형상으로 되돌아가는 합금. 가끔 TV에 나오는 드라이기 바람을 쐬어주면 피어나는 금속 꽃이나, 끓는 물에 넣으면 저절로 펴지는 철사 등이 형상기억합금이다.
일반적인 금속은 형태가 변형될 때 원래 있던 금속간 결합이 풀린 후 내부의 원자가 이동하면서 (다른 금속원자와) 새로운 결합이 생성되면 변형된 형태가 고정되지만, 형상기억합금은 금속내 결정 격자의 형태가 변하면서 원자간 결합은 그대로 보존되고 적절한 조건에서 다시 원래 형태의 격자로 돌아가면서 변형이 풀린다.
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 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, 이 것이 우리가 익히 알고있는 형상기억 특성이다. 위 상변화 그림에서 쭉 펴진 Martensite 로 구조가 변화되었다가 온도가 올라가면서 Austenite 로 돌아오는 형태.
두 번째는 특정 온도 구간에서 하중을 주면 쭉 늘어나며 Martensite 가 되었다가 다시 하중을 제거하면 원래의 형태로 고무줄처럼 돌아오는, 의사탄성 (pseudoelasticity) 혹은 초탄성 (superelasticity) 라고 부르는 현상이다. 하중을 가했을 때 Martensite 가 안정상으로 되었다가 하중이 다시 낮아지면 Austenite 로 돌아오기에 나타나는 현상.
전자는 온도에 따라 창문이 개폐되는 온실의 창문 조절장치에 스프링으로도 쓰며[1] 인공위성의 안테나에도 쓰고[2] 수술용 스텐트[3], 발기부전치료(뜨거워지면 발기가 된다), 안경테 제작 등등 여러가지가 있다.
가장 흔하게 볼 수 있는 건 속옷인데, 세탁시 찌그러지는 걸 체온 레벨에서 원래 형상으로 되돌아가게 하는 성질을 이용한다. 브래지어와 C스트링이 그런 케이스.
그 외에도 온도변화를 동적 신호로 바꿔줄 수 있는 특징을 이용해 이런 종류의 열기관, 이런 종류의 열기관2 등도 가능하다.
후자는 상변화에 의해 쭉 늘어났다가 다시 돌아오는 과정이 충격, 정확히는 충격 에너지를 잘 흡수하기에, 토목구조물의 내진설계나 진동감쇄용도로 많이 사용한다. 그 외에 보정속옷이나 치아교정기구 등에도 사용한다. 어느정도 늘어나고, 원래 형태로 다시 돌아오니까.
열 대신 전기나 자기장을 이용해서 변형할 수 있어 열보다 빠르게 형상을 바꿀 수 있는 합금도(!) 연구중이다. 금속제 인공근육(액츄에이터)을 만들 수도 있을 것이다.
변형이라는 속성 때문인지 SF등에서, 특히 변신로봇 중 일부도 이 소재를 설정으로 채용하기도 한다. 영화 터미네이터 시리즈의 T-1000의 재료가 액체형상기억합금이란 설정은 너무도 유명한 이야기. 수퍼액션 등의 영화채널에서는 유동성 멀티합금 이라고 번역했다.
형상기억합금의 상위 호환급 물질로 생체금속이 언급되기도 한다. 이쪽은 금속인데 생체처럼 형상 복구도 되고 재생까지 되어 흔히 생물체 몸에 상처가 났을 때처럼 손상이 생기면 알아서 그 손상을 수복한다는 사기 물질. 그러나 이런 류의 물질은 금속이 생체의 특징을 가진 것보다 생체가 금속에 버금가는 내구도를 가진다는 이른바 생체병기 설정이 더욱 대중적이고 이미 형상기억+자가수복+현실성을 모두 충족하는 나노머신이라는 소재가 있어 잘 언급되지 않는다.
애니메이션 신세기 GPX 사이버포뮬러의 OVA 시리즈 중 하나인 SAGA 에서도 형상기억합금과 비슷한 설정을 가진 합금이 나왔다. 아오이 사의 신형 사이버머신 알자드의 차체에 사용된 합금 레어메탈 T-3000은 이 형상기억합금의 기술을 응용 또는 발전된 합금인 것 같다.
원피스에서는 와포루가 우걱우걱 열매의 능력으로 만들었던 장난감중 하나에서 우연히 발견해 와포메탈이라고 부른다. 이 금속이 발견된 이후 프랑키가 Dr.베가펑크가 만들려고 했던 로봇을 이 금속을 사용해서 만들었다고 한다.
죽어버린 별의 넋두리에서 미로나는 형상기억합금으로 만들었다는 언급이 있다. 하지만 이 형상기억합금은 열을 가하는 구조는 아닌 것 같다.
나의 히어로 아카데미아에서 유에이고등학교의 기말 연습시험에서 야오요로즈 모모가 아이자와 쇼타를 제압하기 위해 사용했다. 니타놀 합금 재질로 아이자와의 포박포를 모방한 후 그것을 간이 투석기로 발사. 그 직후, 토도로키 쇼토가 땅으로 불꽃을 발사하여 온도를 상승시킨 후 형상기억합금이 들어있던 포박포가 뭉쳐있던 원래 상태로 돌아가 아이자와를 포박한다.
소년탐정 김전일의 홍콩 구룡 재보 살인사건에서 사키 류지가 쓰고 있는 안경이 형상기억합금이라 사건의 트릭을 푸는데 도움을 줬다.
맨 위가 금속의 원래 모양, 아래 둘은 변형된 모양
1. 개요
가공된 어떤 물체가 망가지거나 변형되어도 열을 가하면 원래의 형상으로 되돌아가는 합금. 가끔 TV에 나오는 드라이기 바람을 쐬어주면 피어나는 금속 꽃이나, 끓는 물에 넣으면 저절로 펴지는 철사 등이 형상기억합금이다.
2. 상세
일반적인 금속은 형태가 변형될 때 원래 있던 금속간 결합이 풀린 후 내부의 원자가 이동하면서 (다른 금속원자와) 새로운 결합이 생성되면 변형된 형태가 고정되지만, 형상기억합금은 금속내 결정 격자의 형태가 변하면서 원자간 결합은 그대로 보존되고 적절한 조건에서 다시 원래 형태의 격자로 돌아가면서 변형이 풀린다.
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 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, 이 것이 우리가 익히 알고있는 형상기억 특성이다. 위 상변화 그림에서 쭉 펴진 Martensite 로 구조가 변화되었다가 온도가 올라가면서 Austenite 로 돌아오는 형태.
두 번째는 특정 온도 구간에서 하중을 주면 쭉 늘어나며 Martensite 가 되었다가 다시 하중을 제거하면 원래의 형태로 고무줄처럼 돌아오는, 의사탄성 (pseudoelasticity) 혹은 초탄성 (superelasticity) 라고 부르는 현상이다. 하중을 가했을 때 Martensite 가 안정상으로 되었다가 하중이 다시 낮아지면 Austenite 로 돌아오기에 나타나는 현상.
전자는 온도에 따라 창문이 개폐되는 온실의 창문 조절장치에 스프링으로도 쓰며[1] 인공위성의 안테나에도 쓰고[2] 수술용 스텐트[3], 발기부전치료(뜨거워지면 발기가 된다), 안경테 제작 등등 여러가지가 있다.
가장 흔하게 볼 수 있는 건 속옷인데, 세탁시 찌그러지는 걸 체온 레벨에서 원래 형상으로 되돌아가게 하는 성질을 이용한다. 브래지어와 C스트링이 그런 케이스.
그 외에도 온도변화를 동적 신호로 바꿔줄 수 있는 특징을 이용해 이런 종류의 열기관, 이런 종류의 열기관2 등도 가능하다.
후자는 상변화에 의해 쭉 늘어났다가 다시 돌아오는 과정이 충격, 정확히는 충격 에너지를 잘 흡수하기에, 토목구조물의 내진설계나 진동감쇄용도로 많이 사용한다. 그 외에 보정속옷이나 치아교정기구 등에도 사용한다. 어느정도 늘어나고, 원래 형태로 다시 돌아오니까.
열 대신 전기나 자기장을 이용해서 변형할 수 있어 열보다 빠르게 형상을 바꿀 수 있는 합금도(!) 연구중이다. 금속제 인공근육(액츄에이터)을 만들 수도 있을 것이다.
3. 창작물에서
변형이라는 속성 때문인지 SF등에서, 특히 변신로봇 중 일부도 이 소재를 설정으로 채용하기도 한다. 영화 터미네이터 시리즈의 T-1000의 재료가 액체형상기억합금이란 설정은 너무도 유명한 이야기. 수퍼액션 등의 영화채널에서는 유동성 멀티합금 이라고 번역했다.
형상기억합금의 상위 호환급 물질로 생체금속이 언급되기도 한다. 이쪽은 금속인데 생체처럼 형상 복구도 되고 재생까지 되어 흔히 생물체 몸에 상처가 났을 때처럼 손상이 생기면 알아서 그 손상을 수복한다는 사기 물질. 그러나 이런 류의 물질은 금속이 생체의 특징을 가진 것보다 생체가 금속에 버금가는 내구도를 가진다는 이른바 생체병기 설정이 더욱 대중적이고 이미 형상기억+자가수복+현실성을 모두 충족하는 나노머신이라는 소재가 있어 잘 언급되지 않는다.
애니메이션 신세기 GPX 사이버포뮬러의 OVA 시리즈 중 하나인 SAGA 에서도 형상기억합금과 비슷한 설정을 가진 합금이 나왔다. 아오이 사의 신형 사이버머신 알자드의 차체에 사용된 합금 레어메탈 T-3000은 이 형상기억합금의 기술을 응용 또는 발전된 합금인 것 같다.
원피스에서는 와포루가 우걱우걱 열매의 능력으로 만들었던 장난감중 하나에서 우연히 발견해 와포메탈이라고 부른다. 이 금속이 발견된 이후 프랑키가 Dr.베가펑크가 만들려고 했던 로봇을 이 금속을 사용해서 만들었다고 한다.
죽어버린 별의 넋두리에서 미로나는 형상기억합금으로 만들었다는 언급이 있다. 하지만 이 형상기억합금은 열을 가하는 구조는 아닌 것 같다.
나의 히어로 아카데미아에서 유에이고등학교의 기말 연습시험에서 야오요로즈 모모가 아이자와 쇼타를 제압하기 위해 사용했다. 니타놀 합금 재질로 아이자와의 포박포를 모방한 후 그것을 간이 투석기로 발사. 그 직후, 토도로키 쇼토가 땅으로 불꽃을 발사하여 온도를 상승시킨 후 형상기억합금이 들어있던 포박포가 뭉쳐있던 원래 상태로 돌아가 아이자와를 포박한다.
소년탐정 김전일의 홍콩 구룡 재보 살인사건에서 사키 류지가 쓰고 있는 안경이 형상기억합금이라 사건의 트릭을 푸는데 도움을 줬다.
[1] 온도가 높으면 늘어나서 창문을 열고, 낮으면 줄어서 창문을 닫는 방식, 좀 더 자세하게는 일반적인 스프링으로 항상 당기고 있는데 일정 온도가 되면 다시 Austenite 로 돌아오면서 스프링을 잡아당기고, 낮아지면 스프링의 장력에 의해 다시 늘어나는 식이다.[2] 크기가 큰 것을 형상기억합금으로 만든 뒤 압축시켜 대기권 탈출시 방해가 되지 않게 한 다음, 태양의 빛을 받으면 그 온도를 이용해 원형으로 돌아가게 만드는 방식[3] 혈관 안에 넣은 후 온도를 높이면 팽창하며 혈관을 넓혀주는 용도