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분리막 형성이 윤활의 핵심

원자 수준에서 마찰 실험결과 밝혀져

고분해능 현미경과 고성능 컴퓨터로 마찰현상을 원자 수준에서 관찰하고 연구한 결과, 윤활의 새로운 개념이 정립됐다. 미국 조지아 공과대학 물리학자인 란트만과 류드케 교수는 인력으로 합쳐지는 물체의 상호간섭을 조사하기 위해 니켈의 탐사침을 금으로 만들어진 얇은 판(여러개가 중첩돼 있음)에 가까이 했다. 이 과정을 그대로 관찰하기 위해서 원자간 힘을 살필 수 있는 현미경(10nm 이하의 거리에서도 두개의 물질 사이에 작용하는 힘을 측정할 수 있다. 1nm는 ${10}^{-9}$m과 컴퓨터 시뮬레이션을 활용했다.

란트만의 설명에 따르면 니켈침은 7천개에서 1만2천개의 원자로 구성돼 있으며, 물체가 접촉할 때 개개의 원자 수준에서 특유의 현상을 세밀하게 보여줬다고 한다. 탐사침의 끝이 금판 표면에 가깝게 접근하면 시험재료들의 원자는 불안정해지면서 금판의 원자가 니켈침쪽으로 튀어오른다. 니켈침을 붙였다가 서서히 떼면 따라올라오던 일부 금원자는 니켈침에 달라 붙어버린다.

이를 실험한 란트만과 류드케는 금쪽이 니켈쪽보다 원자결합력이 약하기 때문에 일어나는 현상이라고 말하면서 이 미시현상을 확대하면 '마찰의 본질'에 접근할 수 있다고 설명했다. 즉 두 물체가 마찰할 때 생각보다는 격렬하게 부딪치면서 서로간의 원자배열을 파괴한다는 것. 따라서 윤활의 본질은 금속사이를 얼마만큼 확실하게 떼어놓을 수 있느냐가 관건이다. 이제까지 윤활유는 점도가 높은 것이 좋은 제품이라고 알려졌는데, 이 실험으로 확실한 분리막을 형성시킬 수 있는 것이 고급품임이 증명됐다.
 

금속간의 마찰은 생각보다 매우 격렬
 

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1991년 09월 과학동아 정보

  • 동아일보사 편집부

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