물질들 중에서 가장 튼튼한 것은 무엇일가여?

Question

물질들 중에서 가장 튼튼한것이 무엇인지 궁금한데여,

뭔가를 만든다면 아무래도 잘 부러지지 않고 튼튼한 재질이 중요할 거 가튼데여.

그런 물질은 어떤 것인지 알고시퍼여?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

가장 튼튼한 물질이 뭐냐는 질문은 사실 튼튼하다는 말의 뜻부터 나눠봐야 답할 수 있어요. 잘 안 부러지는 것과 잘 안 긁히는 것이 다르고, 잡아당겨도 안 끊어지는 것도 또 다르거든요. 어떤 기준이냐에 따라 챔피언이 달라져요.

먼저 잡아당기는 힘에 버티는 강도로 따지면 그래핀과 탄소나노튜브가 최강이에요. 둘 다 탄소 원자가 벌집 모양으로 빈틈없이 연결된 구조인데, 그래핀은 강철보다 약 200배 강하면서도 무게는 훨씬 가벼워요. 연필심에 쓰이는 흑연을 한 겹만 떼어낸 게 그래핀이라는 점이 신기하죠. 같은 탄소라도 어떻게 배열되느냐에 따라 무른 흑연이 되기도 하고 세상에서 가장 강한 물질이 되기도 하는 거예요.

긁힘에 버티는 단단함, 즉 경도로 따지면 다이아몬드가 자연계에서 가장 유명해요. 탄소 원자들이 사방으로 강하게 결합한 구조라 어떤 물질로도 긁기 어렵거든요. 실험실에서는 다이아몬드보다 더 단단한 물질도 합성됐지만 자연에 존재하는 것 중에서는 다이아몬드가 여전히 최강이에요. 다만 단단한 것과 안 부러지는 건 별개라, 다이아몬드는 긁히지 않아도 망치로 정확한 각도로 때리면 쪼개져요.

흥미로운 건 자연에도 놀랍도록 튼튼한 물질이 있다는 거예요. 거미줄은 같은 굵기의 강철보다 질기면서도 잘 늘어나서, 강도와 유연성을 동시에 갖춘 꿈의 소재로 연구되고 있어요. 갯민숭달팽이의 이빨이나 조개껍데기 안쪽의 진주층도 구조 덕분에 예상외로 강한 물질로 꼽혀요.

무언가를 만드는 데 쓸 실용적인 재료를 찾으신다면, 가장 강한 물질보다 강하면서도 다루기 쉽고 값싼 물질이 정답인 경우가 많아요. 그래서 현실에서는 강철과 티타늄 합금이 가장 널리 쓰여요. 그래핀이 아무리 강해도 큰 구조물로 만들기가 아직 어렵거든요. 가장 강한 물질과 가장 쓸모 있는 물질이 다르다는 게 재료 공학의 재미있는 지점이랍니다 :)

Answer 2

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

가장 튼튼한 물질을 하나로 딱 이거다 하고 정하기는 힘들 것 같고, 어떤 기준의 튼튼함이냐에 따라 달라질 것 같습니다.

긁힘에 강한 단단함으로 보면 다이아몬드가 대표적입니다. 이 다이아몬드는 모스경도라고 하는 경도 측정 레벨에서 10으로 모스 경도가 1~10까지 있는데 가장 상위에 있는 소재입니다. 그리고 잡아 당겨도 잘 버티는 강도로 보자면 그래핀이나 탄소나노튜브가 매우 강한 소재로 알려져 있습니다.

물론 이러한 것들로 실제로 큰 물건을 만들기는 어렵거나, 가공과 대량생산이 쉽지 않다는 한계점을 가지고 있습니다. 현실에서는 구조물이나 기계 부품에 많이 쓰이는 튼튼한 재료는 강철이나 티타늄 합금, 탄소섬유 복합재 같은 것들이 대표적입니다.

재료가 어떤 환경에서 사용되는지를 보고 그에 따라 재료를 디자인해서 적용해야 산업적으로도 우수한 퍼포먼스를 낼 수 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

가장 단단하고 튼튼한 물지로는 탄소 원자들이 벌집 모양으로 얽힌 평면 구조의 그래핀과 천연 광물 중 경도가 가장 높은 다이아몬드가 대표적입니다 특히 그래핀은 강철보다 200배 이상 강하면서도 가볍고 유연해 꿈의 신소재라 불리며 다이아몬드는 굵힘에 극도로 강해 정밀 절삭 공구의 표면이나 강력한 보호막으로 널리 사용되고 있습니다 실제 무언언가를 제작할 때는 이들의 원자 구조를 모방하거나 탄소 섬유 같은 복합 재료를 활용해 쉽게 부러지지 않는 초고강도 제품을 만들어 냅니다