안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
스마트폰 액정이나 자동차 창문이 일반 유리보다 몇 배 이상 강하고 안전한 것은 유리 표면에 물리적, 화학적으로 만들어 둔 강력한 압축 응력에 있습니다. 유리가 깨지는 근본적인 이유와 강화 유리의 종류별 작동 원리를 설명해 드릴게요.
유리는 누르는 힘에는 매우 강하지만, 당기거나 늘리는 힘에는 극도로 약합니다. 일반 유리 표면에는 눈에 보이지 않는 미세한 균열들이 존재하는데, 유리가 충격을 받아 구부러지면 이 균열 부위에 늘어나는 힘이 집중되면서 균열이 순식간에 찢어지듯 퍼져 깨지게 됩니다. 강화 유리는 이 약점을 극복하기 위해 유리 표면을 안쪽으로 꽉 짓눌러 놓는 상태를 인위적으로 만들어 둔 것입니다.
자동차 창문은 열 강화 유리로 온도 차이를 이용해 만듭니다. 안쪽에서 잡아당기는 힘 때문에 표면 분자들이 꽉 응축되어 강력한 압축 상태를 유지합니다. 충격을 받아도 표면이 눌려있기 때문에 균열이 벌어지지 않고 충격을 튕겨냅니다. 내부에는 에너지가 팽팽하게 응축된 상태로 갇히게 됩니다.
스마트폰 액정은 화학 강화 유리로 스마트폰에 쓰이는 고릴라 글래스 등은 열 대신 이온을 교환하는 화학적 방법을 사용합니다. 얇은 유리판은 열로 급냉하면 열응력 때문에 휘거나 깨지기 때문입니다. 표면 공간에 비해 커다란 칼륨 이온들이 빽빽하게 들이차면서 유리 표면의 밀도가 급격히 높아지고, 서로를 밀어내는 막강한 표면 압축 응력층이 형성됩니다. 이 덕분에 스마트폰 유리는 극도로 얇으면서도 칼로 긁어도 흠집이 잘 나지 않고, 낙하 충격에도 잘 견디게 됩니다.