[리스티클] 우리만 몰랐던 생활 속 특수한 금속 4가지

최근 개발되고 있는 특이한 금속재료는 수많은 응용이 가능하다. 이를 통해 철의 특성과 점점 발전해 나가는 철의 미래를 유추해 볼 수 있다.

◇ 물에 뜨는 쇳덩이, 스펀지 금속 = 쇳덩이를 물에 넣으면 순식간에 가라앉는다. 그러나 물에 뜨는 쇳덩이도 있다. 바로 ‘스펀지 금속’이다. 스펀지 금속이란 금속 안에 공기 방울을 발생시키는 첨가제를 넣은 후 원하는 형태로 제작하는 것으로 안에는 공기 방울이 가득 들어 있어 밀도가 낮다. 물보다 3배 정도 무거운 알루미늄을 스펀지 금속으로 만들면 물 무게의 5분의 1로 가벼워진다.

스펀지 금속을 만드는 방법은 식빵 제조와 비슷하다. 금속 안에 계란처럼 끈적끈적한 점증제를 넣어 점도를 높인 뒤 베이킹 파우더 역할을 하는 발포제를 넣는다. 발포제에서 수소가스가 나와 빵처럼 금속이 부풀어 오르면서 스펀지 금속이 만들어진다.

현재 스펀지 금속은 건축재뿐만 아니라 베어링·기계 부품 등 산업용품·압력냄비와 온돌장판 등 생활용품에 이르기까지 다양하게 적용되고 있으며 일부는 이미 제품화돼 시판되고 있다.

서울지하철 당산역은 터널식으로 돼 있는데 내부가 알루미늄 발포제를 이용한 스펀지 금속으로 돼 있고, 성내역 역시 진입로 쪽으로 레일과 레일 사이에 세워진 방음벽에 이 소재를 사용하고 있다. 아셈빌딩 우측 엘리베이터 1·2호기 내부도 대리석 안쪽이 알루미늄 발포 방식의 스펀지 금속이다.

◇ 어린이도 쉽게 끊을 수 있는, 금속 섬유

금속 섬유란 새로운 섬유 강화형 복합재료의 출현으로 생겨난 말이다. 즉 강화용 섬유로서의 유기 섬유, 무기 섬유, 금속 섬유를 종합한 표현이다. 종전부터 금속 재료는 직물로 짤 수 있을 만큼 가느다란 선재, 즉 섬유의 개념에 들어갈 만한 것이 만들어졌으며, 리드와 전구처럼 도전 특성이 주로 이용돼 극세선 또는 와이어로 호칭해 왔다.

강화용 섬유로는 기계적 특성이 우수한 것이 요망되며, 복합재료가 주목을 받게 되면서 섬유상의 금속을 만드는 새로운 기술이 개발되어 현재는 5μ 정도의 가느다란 섬유도 만들 수 있게 됐다.

◇ 온도에 따라 모양이 변하는 형상기억합금

힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고 있어 조금만 가열해도 곧 본래의 형상으로 복원하는 합금. 형상기억 합금은 1964년 미국 해군 연구소에서 니티노르라는 니켈-티탄 합금의 형상기억 효과가 발견된 것이 시초다. 형상기억 효과란 고온에서 기억시킨 형상을 언제까지나 기억하고 있어, 저온에서 아무리 심한 변형을 가해도 조금만 가열하면 즉시 본래의 형상으로 돌아가 버리는 현상이다.

형상기억 합금은 인공 장기와 정형외과용 접골판 같은 의료기기, 방화문비와 화재경보기 등의 온도 디바이스, 월면 안테나 등의 우주개발 기기, 전자기기 등에 응용되기 시작하고 있다. 또 최근에는 형상기억 합금을 이용한 내의가 발매돼 화제가 되고 있다. 문제는 가격인데, 1㎏당 약 230만 원이어서 은선값의 약 6배나 된다.

◇ 겉은 고체, 속은 액체, 액체 금속

금속이 융해해 액체금속이 될 때 나트륨 등의 알칼리금속은 2∼3%, 구리·은·금은 4∼5% 그 부피가 증가하지만, 갈륨·비스무트 등은 3% 정도 감소한다. 액체금속의 구조는 X선·중성자선의 회절에 의해 알아볼 수 있다. 비록 액체상태이어도 어떤 1개의 원자 주변의 원자의 배치는 고체상태에서의 배치와 아주 비슷하다.

액체처럼 불규칙한(비정질) 원자구조를 지닌 합금인 비정질합금을 액체금속이라고 부르기도 한다. 90년대 이후 적당한 열을 가하면 플라스틱처럼 자유자재로 형태를 만드는 비정질합금 제조법이 개발되면서 새로운 산업용 소재로 급부상하고 있다.