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형상기억합금은 어떻게 원래 모양을 기억하고 되돌아가나요?
재료공학에서 형상기억합금을 배우는데, 변형시켰다가 열을 가하면 원래 모양으로 다시 돌아온다고 들었어요. 금속이 어떻게 이전 형태를 ‘기억’하는 게 가능한 건지 그 원리가 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
형상기억합금이 모양을 기억하는 건 원자 배열이 온도에 따라 두가지 형태로 바뀌는게 포인트에요.
이 금속은 원래 정해진 원자 구조를 가지고 있어요. 그런데 온도가 낮아지면 원자 배열이 말랑말랑 해지고 잘 변형되는 상태로 바뀌어요. 이 때 힘을 주면 쉽게 구부러지고 그 모양을 유지해요. 하지만 원자들의 결합 관계 자체가 끊긴 건 아니라, 배열만 살짝 기울어져 틀어진 상태예요.
여기에 열을 가하면 원자들이 원래 안정된 배열로 되돌아가려는 성질이 깨어나요 +_+ 기울어져 있던 원자들이 제자리를 찾아가면서 금속 전체가 본래 모양으로 복원되는거죠 :)
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채택된 답변형상기억합금은 정말 모양을 기억하는 것이 아니라, 금속 내부 원자들이 원래 배열로 돌아가려는 성질을 이용한 재료입니다.
낮은 온도에서는 원자 배열이 쉽게 변형되지만, 열을 가하면 원자들이 원래의 안정된 배열로 다시 바뀌면서 금속도 처음 만들어진 모양으로 되돌아가게 됩니다. 이처럼 모양이 바뀌는 것은 원자가 이동하는 것이 아닌 결정 구조가 서로 다른 형태로 변하는 상변태라는 현상 때문입니다.
그래서 현재 형상기억합금은 읜룡 스탠드, 안경테, 로봇 등 열을 이용해 스스로 움직이거나 원래 형태로 회복이 필요한 곳에 활용되고 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. 김재훈 전문가입니다.
형상직억합금은 금속 내부의 원자 배열이 온도에 따라 마르텐사이트와 오스테나이트라는 두 결정 구조로 바뀌는 성질을 이용합니다 낮은 온도에서는 변형되지만 열을 가하면 원자들이 원래의 안정된 배열인 오스테나이트 구조로 되돌아가면서 처음 제작된 형태를 회복합니다 즉 금속이 모양 자체를 기억하는 것이 아니라 원자 수준의 결정구조 변화가 청음 형상을 다시 만들어 주는 것입니다 이러한 특성 때문에 의료용 스텐드 안경테 로봇 구동기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다