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차세대 자동차용 고강도 고성형성 신금속
포항 산업과학기술연구소 김태웅박사 주도로 개발

기존 자동차용 내연강판보다 강도는 3배 높으면서 성형성이 뛰어난 신금속이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 화제의 주인공은 포항 산업과학기술연구소의 김태웅 박사. 그는 한국과학기술원 김영길교수가 지난 7년간 연구를 통해 초저온용 합금으로 만들어낸 고망간합금을 자동차용으로 용도를 바꾸어 개발, 고강도 고성형성 자동차용 금속을 만들어냈다.

철 74%, 망간 25%, 알루미늄 1%를 합금한 이 금속은 'PRK 90'이라 불리는데, 여기서 P는 포항제철(POSCO), R은 산업과학기술연구소(RIST), K는 한국과학기술원(KAIST)의 머릿자로 이들의 공동연구에 의해 개발되었다는 뜻이다. 또 90은 90㎏/㎟의 강도를 가진 합금이라는 의미라고 김태웅 박사는 밝혔다.

"신금속이 가지는 주요 장점은 자동차에 사용되는 금속의 무게를 대폭 줄임으로써 자동차를 경량화할 수 있다는 점입니다. 대개 자동차 한 대의 무게를 1t으로 잡는데 이중 강판이 차지하는 무게가 6백㎏ 정도입니다. 신금속을 사용했을 경우 이중 2백40㎏을 줄일 수 있으므로 전체적으로는 24% 가량 가벼워지는 게 되지요"

현재 사용되는 자동차용 강판은 극저탄소강. 이 금속은 높은 성형성을 얻기 위해 강도가 낮은 단점을 감수하고 있으며 따라서 자동차의 중량을 늘이는데 결정적 역할을 한다. 그러나 고망간합금을 사용할 경우 얇은 냉연강판으로 자동차의 외판재료를 삼을 수 있음은 물론, 트럭 버스 승용차의 내부 프레임에 사용되고 있는 두꺼운 열연강판 대신 이 합금으로 대체함으로써 차량 무게와 에너지 소모를 줄일 수 있다는 것이다.

세계적인 추세는 자동차의 고기능화, 고성능화와 함께 경량화를 지향하고 있는데, 특히 자동차 배기가스 규제, 연비 규제 등 환경문제와 관련, 자동차의 경량화가 적극 추진되고 있다. 차세대 자동차 소재로 강도가 높으면서 우수한 성형성을 갖는 신합금이 환영받을 수밖에 없는 상황이다.

"자동차용 재료를 경량화하기 위한 세계적인 연구동향을 보면 첫째는 현재 사용되는 철강재료를 보다 고강도화하고 성형성을 높이는 방법, 둘째는 철보다 비중이 작은 알루미늄을 사용하는 방법, 셋째는 플라스틱을 사용하는 방법 등이 추진 되고 있습니다. 그러나 알루미늄의 경우 경제성에 문제가 있고 플라스틱은 자원재활용성 안전성 페인트도장성 등이 떨어져 철강 재료의 대채 소재로는 적당치 못하다는 점이 밝혀지고 있습니다. 그래서 철강 재료를 개발하는 쪽으로 많은 투자가 이루어지고 있습니다."

포항제철에서는 세계 12개국에 이 신합금의 조성 및 제조공정에 대한 특허를 출원했고 이 합금의 실용화를 위한 추가연구와 대규모 시험생산을 검토중이다.
 

테라비트급 고밀도 기록기술
1평방인치에 A4 용지 4천만장 분량 기록

컴퓨터의 기억용량을 나타내는 단위로 '킬로비트'가 쓰인 때가 지금으로부터 10~15년 전이다. 그것이 몇년 전부터 '메가(1백만)비트'로 바뀌었고 최근에는 '기가(10억)비트' 용량의 일반화를 목전에 두게 됐다. 이렇게 발전해가는 고밀도 기록기술의 세계에서 바야흐로 '테라(1조)비트'가 등장, 기존 기록이 갱신되기에 이르렀다.

1테라비트는 A4 용지로 4천만장 기록에 해당하는 엄청난 분량. 이 테라비트급 기록기술의 세계를 연 장본인은 일본의 히타치(日立)연구소인데, 이들은 상온에서 실리콘기판 위에 20나노미터의 도트를 일정한 간격으로 형성하는데 성공했다는 것이다. 이는 1평방인치당 기억용량으로 환산하며 1테라비트에 상당, 현재의 자기기록방식의 물리적 한계라 일컬어지는 1평방인치당 10기가비트를 크게 상회하는 것이다.

이 테라비트급 고밀도기록에는 원자간력 현미경(原子間力 顯微鏡)이 사용됐다. 원자간력 현미경은 본래 아주 가는 탐침(探針)을 물질의 원자에 접근시킨 경우 생기는 원자간력(밀고 당기는 힘)을 이용, 탐침이 일정한 원자간력을 받을 수 있도록 물질표면을 주사시켜 그 모습을 관찰하는 장치. 실험에서는 이 원자간력 현미경의 탐침표면에 금을 코팅한 뒤 전압을 걸어 실리콘기판 위에 극미소량의 금을 나노미터 간격으로 붙이는 데 성공했다.

또 실리콘 위에 붙여진 금의 모양을 일반 탐침을 매단 원자간력 현미경으로 주사하여 판독하고 나노미터 급에서 문자를 써넣고 읽을 수 있음을 실험을 통해 밝혀냈다.

이같은 원리의 메모리 동작 연구는 지금까지 여러 곳에서 진행돼 왔으나 상온에서, 그것도 실리콘 같은 손쉬운 소재를 사용해 성공한 경우는 이번이 처음이다. 매체의 발달로 나날이 늘어가는 기억용량 수요에 답할 새 실용기술로 주목을 모으고 있다.
 

머리카락성질 지닌 광섬유탐침
살아있는 세포의 pH나 산도(酸度) 재는 데 활용

라울 코펠만, 웨이홍 탄 등 미국 미시건대의 연구진은 세계에서 가장 가느다란 광섬유탐침(探針)을 개발해냈다. 근착 <;디스커버>;에 따르면 이 탐침은 살아있는 세포에 집어넣어 세포에 전혀 손상을 주지 않고 수소이온농도지수(pH)나 산도(酸度)를 재는데 쓰인다고 한다.

이 탐침을 만들기 위해 먼저 연구진은 무수규산 광섬유(silica optical fiber)에 열을 가한 뒤 머리카락 보다 가느다랗게 될 때까지 갈았다. 이렇게 만들어진 실리카 침은 매우 강력하면서도 '구부러지긴 해도 꺾어지지는 않는' 머리카락과 같은 성질을 보였다고, 이 광섬유를 끝부분만 남겨두고 알루미늄으로 코팅한다. 광섬유를 지나가는 레이저 광선이 새어나가지 않도록.

이 탐침이 pH를 잴 수 있게 하기 위해서 가소성 단위체와 형광성 미분자를 섞은 액체에 광섬유의 끝부분을 담근 뒤 레이저를 켜면 탐침의 끝부분은 단위체들을 결합시켜 빛과 색으로 변하는 중합체로 만드는 작용을 일으킨다. 이어 레이저광이 탐침 끝부분에서 형광성을 발하도록 유도하는 역할을 하는데, 이때 형광되는 색깔이나 그 세기는 주변의 pH 에 따른다.

실험 현장에서는 현미경을 통해 보이는 세포에 이 센서를 밀어넣어 빛의 색깔과 세기 등을 측정한다. 이 빛을 스펙트럼 기계에 넣으면 그 결과를 컴퓨터가 분석, 정확한 pH를 알려주는 시스템이다. 전체 측정 과정에는 수백분의 1초밖에 소요되지 않는다.

현재 연구진은 이 탐침을 쥐의 배(胚)세포의 기본 생태학을 밝히는데 사용하고 있다. 이 탐침으로 어떠한 환경의 변화가 세포내 pH를 변화시키고 그렇지 않은가를 밝힐 수 있으며, 배세포는 pH를 바꿀 경우 심각한 손상을 입는다는 것을 알 수 있었다고 이들은 말한다.

이밖에 이들은 다른 목적의 탐침을 만들어낼 계획을 세우고 있는데, 가령 세포내 글루코스나 칼슘 함유도를 측정하는 탐침 등이 그것이다.
 

가정용 천문관 '스타메이트 GX'
사계절 별자리의 흐름 간편하게 감상

최근 일본에서는 가정에서 세계 각지의 밤하늘을 감상할 수 있는 가정용 천문관이 나와 화제. '스타메이트 GX'라는 이름의 이 천문관 시설은 건전지 4개로 작동하는 데, 별의 움직임을 천정이나 벽에 투영하여 1년 동안의 별자리의 흐름을 즐길 수 있도록 고안돼 있다.

세계 각지에서 보이는 별자리를 비추는 기능도 있으며 별자리를 설명해주는 카세트테입도 마련돼 있다. 별을 바라보면서 잠이 드는 호사도 부려 볼 수 있을 듯. 개당 2만9천8백엔에 팔리고 있다고.