한 재료과학 연구팀이 서로 다른 재료로부터 하나의 복합물질을 합성하는데 성공하였다. 이 복합물질의 기본 아이디어는 해변의 조개껍데기에서부터 영감을 얻었다고 한다. 이를 통해 기존의 건축 재료나 인공 뼈 등에서 발생하기 쉬운 균열 문제를 방지할 수 있는, 크랙(crack)에 대한 높은 저항성을 가지는 세라믹을 만들 수 있게 되었다.

이 새로운 발견은 맨체스터대학(University of Manchester)과 리드대학(University of Leeds)의 연구원들의 공동 연구 결과이다. 이 연구를 통하여 탄산칼슘과 폴리스티렌 분말에 일정한 압력을 가해 새로운 물질을 성공적으로 만들 수 있게 되었다. 탄산칼슘은 백악이라고도 불리며 흔히들 알고 있는 분필의 주원료이고, 폴리스티렌 역시 일상생활에서 흔히 사용되는 음료수 컵의 주원료이다.

이번 발견을 통해서 폴리스티렌 분말을 이용해 일종의 방해석을 효과적으로 만들 수 있게 되었다. 그 결과, 기존의 깨어지기 쉬운 물질과 비교했을 때에 한층 강해진 연성을 가진 물질을 만들 수 있게 되었다.

연구진은 또한 이번 연구에서 균열이 생긴 재료에 힘이 가해질 때에 길게 늘어진 폴리머가 크랙 현상이 발생하는 에너지 메커니즘에서 그 에너지를 흡수하고 재료의 인성을 높이는 것을 발견하였다. 복합물질이 크랙 브리징 메커니즘(a crack bridging mechanism)으로 균열에 대한 인성이 크게 증가하는 것을 나노인덴테이션(nanoindentation) 실험을 통해 관찰한 것이다.

연구진은 이번 기술을 통해 혼합물질의 크기와 모양 조성비를 선택적으로 변경하여 새로운 특성을 가지는 물질을 만들 수 있게 되었다고 밝혔다. 맨체스터대학 재료과학부의 Stephen Eichhorn 박사는 “조개껍데기와 유사한 물질을 높은 온도와 일정한 압력으로 가공했을 때 인공 세라믹의 특성을 능가하는 우수한 특성을 가진 물질을 얻을 수 있었으며, 이는 건축구조물의 스트레스를 막거나 균열의 확산을 방지할 수 있는 재료로 응용할 수 있다”고 말했다.

그는 또한 “우리는 조개껍데기로부터 폴리스티렌을 적절하게 사용하는 법을 배웠으며, 이를 통해 조개껍데기의 강한 성질을 복합 재료를 만드는 데 창조적으로 이용하게 되었다”고 말했다. “추가 연구와 실험이 여전히 필요하지만, 이번 연구결과물은 다양한 분야에 응용될 복합물질, 깨어지기 쉬운 물질인 탄산칼슘(백악)을 기반으로 하여 재료공학적인 방법으로 매우 강한 복합물질을 만들 수 있는 잠재적인 가능성을 확보하게 되었다”고 덧붙였다.

이 연구결과는 Advanced Materials 저널에 “Bio-Inspired Synthesis and Mechanical Properties of Calcite-Polymer Particle Composites”라는 제목으로 게재되었다.

조나리 기자/olivelina@paran.com