답변 내역

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.비행기모드는 기본적으로 통신 전파를 끄는 기능이라 휴대전화 신호나 데이터 통신, 문자와 전화 연결이 모두 차단됩니다. 기종에 따라서 와이파이와 블루투스도 같이 꺼지지만, 요즘은 비행기모드 상태에서도 사용자가 다시 켜서 쓸 수 있는 경우들도 많다고 합니다.저전력 모드는 통신을 완전히 끄는 기능이 아니고, 화면 밝기나 자동 잠금, 백그라운드 앱 새로고침 등 일부 성능을 줄여서 배터리를 아끼는 방식입니다.따라서 비행기 모드는 외부 연결되는 무선 통신 모두를 차단하는 모드라면, 저전력 모드는 스마트폰이 일을 덜 하게 만드는 모드로 볼 수 있습니다. 당연히 배터리 절약 효과는 둘 다 있지만, 신호가 약한 곳이라면 비행기 모드가 특히 효과가 클 것 같습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전하의 흐름을 직접 만들어내는 쪽은 전압이라고 보면 됩니다. 반대로 전류는 그 전압 때문에 실제로 얼마나 많은 전하가 흐르는지를 나타내는 양입니다. 보통 전기를 물과 많이 비유를 하는데, 물로 비유하면 전압은 물을 밀어내는 수압이고, 전류는 배관을 따라 실제로 흐르는 물의 양과 같습니다. 전압이 높아도 저항이 크면 전류는 적게 흐를 수 있고, 저항이 작으면 같은 전압에서도 전류가 많이 흐를 수 있게됩니다.그래서 전압은 일종의 원인에 가깝고, 전류는 그 결과로 나타나는 흐름으로 볼 수 있는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.인공관절에 아무 금속이나 쓰지 않는 이유는 몸속이 금속에게는 생각보다 까다로운 환경이기 때문입니다.체액에 보면 염분도 있고 단백질도 있고 온갖 것들이 다 들어 있는데, 이것이 부식이 생기기 쉽고, 부식 된 금속 이온이 나오면 염증이 생기거나 거부 반응에 대한 문제가 발생될 수 있습니다. 티타늄이라는 금속은 가볍고 표면에 안정한 산화막이 발생되 부식에도 강하고, 뼈와 비교적 잘 붙는 특징이 있기 때문에 현재 많이 사용하고 있습니다.코발트 크롬 합금은 마모와 하중에 강한 특징이 있어 관절처럼 계속 움직이고 눌리는 부위에 많이 활용되고 있고요. 또 금속끼리만 쓰면 마찰과 마모가 커질 수 있어서 세라믹이나 고분자 재료를 조합해 관절면을 만들기도 합니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.서로 다른 두 재료는 결국 특성이 다릅니다. 이종 재료의 계면이 약해지기 쉬운 이유도, 그 경계에서 물성 차이가 한꺼번에 만나기 때문입니다.한 재료는 열을 받으면 늘어나고, 다른 재료는 거의 늘어나지 않는다면 둘은 서로 다른 방향으로 움직이려 합니다. 그런데 그 두 재료가 붙어 있으니 마음대로 분형이 되지 못하고, 그 힘이 계면 쪽으로 응력을 쌓이게 만드는 것입니다. 이 상태가 가열과 냉각을 반복한다면 작은 틈이나 미세 균열들이 발생하게 되고, 점점 박리로 커질 수 있는 문제가 발생되게 됩니다.또 표면 산화막, 오염물, 거칠기 창이 등 실제 접합면 상태가 나쁠 경우에는 처음부터 결합력이 약한 경우도 있습니다. 그래서 접합 공정에서는 중간층을 넣거나 표면처리, 열처리 조건, 냉각 조건, 냉각 속도를 조절해가며 응력을 줄이려 하는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.유리는 고체처럼 단단하지만 원자 배열을 보면 금속이나 세라믹 결정처럼 규칙적으로 반복되는 구조는 아닌 것처럼 보입니다.보통 결정은 원자들이 일정한 간격과 방향으로 반복 배열되어 있지만, 유리는 녹은 상태에서 식을 때 그 배열을 만들 충분한 시간이 부족한 상태로 굳어버립니다. 냉각이 진행되면서 원자들이 움직이기 어려워지고, 액체처럼 무질서한 배열이 거의 그대로 굳어버리는 셈입니다.그러나 자세히 보면 가까운 거리에서는 어느 정도 결합 구조를 가지고 질서를 가지고 있습니다. 그래서 유리를 장범위로 보면 불규칙하지만, 단범위로 보면 규칙적으로 볼 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.심해 1만 미터 정도로 내려가면 대략적으로 1000기압 수준의 수압이 발생됩니다. 그래서 빈 공간을 가진 구조물은 쉽게 찌그러질 수 있습니다.그래서 탐사 로봇들은 내부 공기를 비워두지 않고 절연유나 실리콘 오일 같은 유체로 채워두어 안팎의 압력 차이를 줄이는 방식을 사용하기도 합니다. 이런 유체 충전식 구조는 내부 유체가 외부 수압을 함께 받아주기 때문에, 선체가 모든 압력을 혼자 버티는 그런 부담은 줄일 수가 있습니다.부력재는 보통 가볍지만 잘 눌리지 않아야 하기 때문에 속이 빈 미세 유리구슬이나 세람기 입자를 수지에 넣은 부품들이 많이 활용된다고 합니다. 이 재료들은 밀도가 낮아 뜨는 힘을 만들면서도, 깊은 바다의 압력에서는 기공이 무너지지 않는 압축강도와 낮은 흡수성이라는 특성이 중요할 수 있습니다.심해 로봇은 결국 단단한 껍데기로만 버티는 것이 아닌, 압력 차이를 줄이는 유체 구조와 가볍고 눌리지 않는 부력재를 함께 사용하는 방식으로 볼 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.반도체 칩 위의 박막은 그냥 액체를 바르듯 입히는 것은 아니고, 기체나 원자 단위의 재료를 표면에 차곡차곡 붙이는 방식으로 만듭니다.대표적인 방법이 CVD라는 방법입니다. 반응성 기체를 웨이퍼 위로 흘려보내 표면에서 화학반응을 일으키고, 그 결과 생긴 물질이 얇은 막으로 쌓이게 합니다. 그리고 PVD라는 공정도 있는 금속 같은 재료를 진공에서 튀어나오게 한 후 증발시켜 웨이퍼 표면에 증착하는 방식을 말합니다. 최근 ALD라는 공정도 상당히 각광받고 있는데, 원료 기체를 한 번에 조금씩 번갈아 넣어 표면 반응을 한 층씩 제한하여 매우 얇고 균일한 막을 만들기 좋은 방식입니다.균일도를 높이기 위해 웨이퍼를 회전도 시키고, 온도나 압력, 가스 흐름, 플라즈마 세기 등 조건들을 아주 세밀하게 맞추게 됩니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.상평형도를 한번 보셨으면 아시겠지만, 여러가지 조건에 따른 정보들이 담겨 있습니다. 온도와 조성이 바뀔 때 재료 안에 어떤 상이 생기는 지를 보여주죠.합금은 같은 원소 조합이라도 온도를 어떻게 올리고 식히느냐에 따라 내부 상태가 달라집니다. 이 내부 상태가 결국에는 강도와 연성, 경도, 내식성 등 특성에 큰 영향을 미치기 때문에 상평형도를 모르고 재료를 설계하기는 상당히 어려워 집니다.상평형도를 보면 어느 온도에서 녹기 시작하는지, 어느 조성에서 취약한 상들이 나타나는지, 열처리 후 어떤 조직들이 나는지를 미리 판단할 수 있기 때문에, 원하는 성질을 얻기 위한 출발점이라 볼 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.형상기억합금이 모양을 기억한다는 것은 금속이 의식을 가지고 있다는 의미는 아니고, 원자 배열이 원래 상태로 되돌아갈 기준 구조를 가지고 있다 정도로 이해하시면 좋을 것 같습니다. 대표적인 형상기업 합금이 니켈티타늄 합금인데, 온도에 따라 원자 배열이 조금 다른 두 상태로 바뀔 수 있습니다.낮은 온도에서는 비교적 쉽게 휘어지는 상태가 되어 외부 힘을 받으면 모양이 변하는데, 이것이 금속이 완전히 망가지는 것이 아닌 내부 원자 배열이 방향을 바꾸며 변형을 받아들이는 것입니다. 여기에 열을 가하면 원자 배열이 원래 안정한 구조로 돌아가려 하고, 그 과정에서 겉모양도 처음 정해둔 형태로 되돌아가게 됩니다. 그래서 형상기억합금은 제작할 당시 어떤 모양을 기준으로 잡아 열처리를 진행했느냐가 매우 중요합니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.순수한 실리콘은 전자가 마음대로 움직이기에는 자유 전자가 많지 않습니다. 그래서 전기가 잘 흐르지 않습니다.그런데 여기에 인이나 비소처럼 전자가 하나 더 많은 원소를 조금 넣게 되면 남는 전자가 쉽게 움직이면서 전류를 만들어 낼 수 있습니다. 반대로 붕소처럼 전자가 하나 부족한 원소를 넣으면, 전자가 빠진 자리인 정공이 생기고 이 정공도 전류가 흐르는 통로처럼 작용하게 됩ㅂ니다.반도체에서는 원자 수에 비하면 아주 적은 불순물이어도, 원래 자유롭게 움직이는 전하가 적기 때문에 영향이 크게 나타날 수 있습니다. 이러한 공정을 말씀하신 도핑공정이라고 합니다.