다나까 귀금속 그룹의 핵심 기업으로서 산업용 귀금속 사업을 전개하는 다나까귀금속공업(본사: 도쿄도 주오구, 대표이사 사장 집행임원: 다나까 코이치로이)이 백금(플래티넘, Pt) 소재의 결정 입경[1]을 나노 크기로 제어한 벌크체[2]를 개발했다고 발표했다.

이 기술은 일반적인 금속 벌크체의 평균 입경이 적어도 약 10μm 정도인 반면, 평균 결정 입경을 나노 크기로 제어할 수 있으며 일반 백금 소재의 10배의 경도와 4배의 강도를 가진 순도 99.9% 이상의 고순도 백금 소재를 제조할 수 있다.

귀금속을 포함한 금속 소재는 결정 입자 크기를 작게 할수록 각 금속의 특성이 강해진다고 알려져 있다. 최근 철강 소재 및 비철금속은 강한 가공으로 매우 큰 소성 변형[3]을 가하거나 재결정 조직을 형성함으로써 결정 입경 크기의 나노화를 실현했다. 금속 소재는 강한 가공에 의해 일시적으로 가공 경화[4]가 발생하지만, 순도가 높은 귀금속 소재의 경우 몇 시간 만에 결정을 구성하는 원자의 재배열 및 새로운 결정 입자의 핵 생성과 성장이 일어나 소재의 경도가 저하(연화)되는 현상이 현저하게 나타나는 등의 이유로 강한 가공에 의한 결정 입자를 미세화하는 것이 매우 어려웠다.

다나까귀금속공업은 제조 공정을 최적화해 백금의 결정 입경을 나노 크기로 제어하면서 벌크화하는 데 성공했다. 이 기술로 제조된 백금 소재는 경도 및 강도가 일반 백금보다 크게 향상된다. 이는 소재 전체가 고밀도로 소각 입계, 대각 입계 또는 전위를 비롯한 격자 결함이 존재하기 때문이며, 순백금이지만 일반적으로 알려진 백금의 특성과는 전혀 다른 특성을 나타낸다. 고순도의 백금이면서 높은 기능을 발현하는 신규 소재로서 전자산업 및 우주항공 분야 등 폭넓은 산업에 적용될 것으로 기대된다.

나노 결정 입자 소재 개발

많은 금속 소재는 다결정체이며 작은 결정 입자로 구성된다. 금속은 구성하는 결정 입자를 미세화함으로써 소재의 특성이 향상된다고 알려져 있다. 결정 입자가 작을수록 소재 전체에 대한 결정립계 또는 전위를 비롯한 격자 결함이 높은 비율로 존재하게 된다. 나노 스케일의 결정 입경을 가진 소재에서는 일반적으로 알려진 금속 소재의 물성이나 특성이 논의되는 상태와 비교해 격자 결함의 비율이 비교할 수 없을 만큼 많아지므로 기존 소재와 크게 다른 특이한 물성 및 특성이 생긴다.

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[1] 결정립, 결정 입경: 금속 소재는 원자가 규칙적으로 배열된 구조를 가진다. 이 구조에서 원자 배열 방향이 다른 각각의 영역을 결정 입자라고 하고 결정 입자의 크기를 결정 입경이다.
[2] 벌크, 벌크체: 물질 표면이 아닌 내부의 3차원적인 결합을 가진 원자 덩어리를 벌크라고 한다. 그 벌크 구조를 가진 고체를 벌크체라고 한다.
[3] 소성 변형: 물질에 외력을 가하여 발생한 변형 중 외력을 제거해도 원래대로 돌아가지 않는 변형을 말한다.
[4] 가공 경화: 금속에 응력을 가함으로써 소성 변형이 축적돼 금속이 딱딱해지는 현상이다.

출처 : 다나까귀금속 그룹