What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

메탈릭 글래스에 대하여 |아쉬위니 바라툴라(Ashwini Bharathula)

번역: LEE sangyeob 검토: JY Kang

Steel and plastic.

강철과 플라스틱.

These two materials are essential to so much of our infrastructure and technology,

이 두 가지는 우리 기반 시설과 기술에 필수적 물질입니다.

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

그리고 그것들은 상호보완적인 강점과 약점을 가지고 있죠.

Steel is strong and hard,

강철은 강하고 단단하지만

but difficult to shape intricately.

정교한 모양을 만들기는 어렵습니다.

While plastic can take on just about any form,

반면에 플라스틱은 어떤 형태로든 만들 수 있지만

it's weak and soft.

약하고 무르죠.

So wouldn't it be nice if there were one material

그렇다면 만약 이런 물질이 있으면 어떨까요?

as strong as the strongest steel

강철만큼 강하고

and as shapeable as plastic?

플라스틱처럼 형태를 만들기 쉬운 물질말이죠.

Well, a lot of scientists and technologists

많은 과학자들과 기술자들은

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

최근 개발된 '메탈릭 글래스'에 주목하고 있습니다.

with both of those properties, and more.

앞서 말한 두 가지 특징과 그 밖의 다른 장점을 갖고 있죠.

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

메탈릭 글래스는 보통의 금속들처럼 반짝거리고 불투명합니다.

and also like metals, they conduct heat and electricity.

금속과 마찬가지로 열과 전기도 통하죠.

But they're way stronger than most metals,

하지만 보통 금속들보다 훨씬 강합니다.

which means they can withstand a lot of force

엄청난 힘에도 견디며

without getting bent or dented,

휘어지거나 흠집도 생기지 않죠.

making ultrasharp scalpels,

아주 예리한 수술용 칼을 만들고

and ultrastrong electronics cases,

아주 튼튼한 전자제품 케이스

hinges,

문의 경첩

screws;

나사

the list goes on.

여러가지를 만들 수 있습니다.

Metallic glasses also have an incredible ability

메탈릭 글래스는 이 밖에도 엄청난 능력을 가지고 있습니다.

to store and release elastic energy,

탄성에너지를 저장하고 방출하는 특징 덕분에

which makes them perfect for sports equipment,

스포츠 용품으로도 안성맞춤입니다.

like tennis racquets,

테니스 라켓

golf clubs,

골프채

and skis.

스키 같은 것들이죠.

They're resistant to corrosion,

부식도 일어나지 않고

and can be cast into complex shapes with mirror-like surfaces

거울같이 매끈한 면의 복잡한 형태를

in a single molding step.

단 한 번의 주조 과정으로 만들 수 있습니다.

Despite their strength at room temperature,

메탈릭 글래스는 상온에선 단단하지만

if you go up a few hundred degrees Celsius,

몇백 도를 넘어가는 온도에서는

they soften significantly,

아주 부드러워집니다

and can be deformed into any shape you like.

원하는 어떤 형태로든 만들 수 있죠.

Cool them back down,

다시 열을 식히면

and they regain the strength.

원래 강도를 되찾습니다.

So where do all of these wondrous attributes come from?

이런 놀라운 특성들은 어디서 온 걸까요?

In essence, they have to do with metallic glass' unique atomic structure.

근본적으로 이런 특성들은 특별한 원자 구조에 의한 겁니다.

Most metals are crystalline as solids.

대부분의 금속들은 고체처럼 정렬된 원자 구조를 지닙니다.

That means that if you zoomed in close enough to see the individual atoms,

현미경으로 원자를 확대해 보면

they'd be neatly lined up in an orderly, repeating pattern

물질 전체에 걸쳐서 원자가 규칙적이고 반복적인 패턴으로

that extends throughout the whole material.

깔끔하게 정렬되어 있죠.

Ice is crystalline,

얼음도 결정화 되어있고

and so are diamonds,

다이아몬드와

and salt.

소금도 그렇습니다.

If you heat these materials up enough and melt them,

이런 물질들을 가열해서 녹이면

the atoms can jiggle freely and move randomly,

원자는 자기 멋대로 움직일 겁니다.

but when you cool them back down,

하지만 다시 열을 식히면

the atoms reorganize themselves,

원자들은 스스로 다시 정돈되어

reestablishing the crystal.

다시 결정체를 이룹니다.

But what if you could cool a molten metal so fast

그런데 먄약에 녹아있는 금속을 너무 빨리 식히면

that the atoms couldn't find their places again,

원자들은 자기 원래 자리를 찾지 못합니다.

so that the material was solid,

그래서 금속이 고체가 되긴 해도

but with the chaotic, amorphous internal structure of a liquid?

액체 같이 혼란스럽고 질서없는 내부 구조를 갖게 되는 거죠.

That's metallic glass.

그게 메탈릭 글래스입니다.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

이 구조는 대부분의 금속이 갖는 결정 경계 특성을 없앰으로써

that most metals have.

장점을 갖게 해줍니다.

Those are weak spots where the material is more susceptible to scratches

결정 경계는 금속들의 약점으로 흠집이 잘 생기거나

or corrosion.

부식되기 쉽죠.

The first metallic glass was made in 1960 from gold and silicon.

최초의 메탈릭 글래스는 1960년에 금과 실리콘으로 만들어졌습니다.

It wasn't easy to make.

이때는 만들기가 쉽지 않았죠.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

그 이유는 금속 원자들이 너무 빨리 결정화되어서

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

과학자들은 합금을 엄청나게 빨리 식혀야 했습니다.

a million degrees Kelvin per second,

초당 100만 켈빈온도로 식히기 위해

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

차가운 구리 접시에 미세한 물방울을 쏘거나

or spinning ultrathin ribbons.

야주 얇은 끈으로 가공했죠.

At that time, metallic glasses could only be tens or hundreds of microns thick,

그 때의 메탈릭 글래스는 두께가 수만 마이크론이었습니다.

which was too thin for most practical applications.

너무 얇아서 실제로 사용할 곳이 없었죠.

But since then, scientists have figured out

그 이후 과학자들은

that if you blend several metals that mix with each other freely,

여러 금속을 자유롭게 섞이도록 혼합해서

but can't easily crystallize together,

서로 결정화되기 어렵게 하는 방법을 찾아냈습니다.

usually because they have very different atomic sizes,

금속마다 원자의 크기가 다르기 때문에

the mixture crystallizes much more slowly.

혼합물의 결정화가 훨씬 늦게 일어나는 거죠.

That means you don't have to cool it down as fast,

따라서 빨리 식힐 필요가 없었고

so the material can be thicker,

더 두껍게 만들 수 있었습니다.

centimeters instead of micrometers.

마이크로미터 대신에 센티미터 두께로 말이죠.

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

이 물질을 벌크 메탈릭 글래스, 혹은 'BMG' 라고 합니다.

Now there are hundreds of different BMGs,

오늘날엔 수백 종의 BMG가 있죠.

so why aren't all of our bridges and cars made out of them?

그럼 왜 교량이나 차들을 모두 이것으로 만들지 않는 걸까요?

Many of the BMGs currently available are made from expensive metals,

현재 사용가능한 많은 BMG들이 비싼 금속으로 만들어지기 때문입니다.

like palladium and zirconium,

팔라듐이나 지르코늄 같은 것들이죠.

and they have to be really pure

그리고 높은 순도가 요구됩니다.

because any impurities can cause crystallization.

불순물이 있으면 쉽게 결정화되기 때문이죠.

So a BMG skyscraper or space shuttle would be astronomically expensive.

그래서 BMG로 된 고층건물이나 우주비행선은 가격이 천문학적입니다.

And despite their strength,

그리고 BMG가 아무리 강해도

they're not yet tough enough for load-bearing applications.

하중을 견뎌야 하는 곳에 쓰기에는 아직 한계가 있습니다.

When the stresses get high, they can fracture without warning,

응력이 너무 커지면 예고없이 균열이 생길 수도 있기 때문에

which isn't ideal for, say, a bridge.

교량 같은 것에는 부적합하죠.

But when engineers figure out how to make BMGs from cheaper metals,

하지만 엔지니어들이 더욱 싼 금속으로 BMG 만드는 법을 알아내고

and how to make them even tougher,

그걸 더 강하게 만드는 법을 알아낸다면

for these super materials,

이러한 슈퍼 금속 활용의 한계는 없을 겁니다.

the sky's the limit.