인간에게 알려진 가장 강력한 물질 10가지

1. 그래핀

간략한 소개

그래핀은 탄소 원자가 sp2 혼성화를 통해 형성된 벌집 모양의 2차원 필름입니다. 흑연과 분리된 단층 시트 구조로, 현재 알려진 가장 얇은 신소재이기도 합니다. 그래핀의 인장강도와 탄성계수는 각각 125Gpa, 1.1tpa로 일반 강철의 100배에 달하는 강도를 자랑합니다. 약 2톤의 무게를 지탱할 수 있는 그래핀으로 만든 가방은 지금까지 알려진 소재 중 가장 강도가 높습니다.

성장 추세

2010년 노벨 물리학상 수상 이후 전 세계적으로 그래핀 특허 출원 건수가 급격히 증가하고 있습니다. 향후 전자, 에너지 저장, 촉매, 센서, 광전자 투명 박막, 초강력 복합소재, 바이오 의학 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대되고 있습니다.

2. 탄소 나노튜브

간략한 소개

탄소나노튜브 (CNTS)는 탄소 원자가 육각형으로 배열되어 몇 층에서 수십 층의 동축 원형 튜브를 형성하는 일종의 1차원 양자 물질로, 그래핀 시트의 층 수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)로 나눌 수 있습니다. 탄소나노튜브는 인장 강도가 50~200GPa로 강철의 100배에 달하는 우수한 기계적 특성을 가지고 있지만 밀도는 강철의 1/6에 불과합니다. 또한 탄성 계수는 최대 1TPa에 달해 다이아몬드와 동등하고 강철의 약 5배에 달합니다.

성장 추세

1990년대 발견 이후 탄소나노튜브 관련 산업은 급성장했으며 복합 재료 및 필름, 투명 도체, 열 인터페이스, 방탄복, 풍력 터빈 블레이드, 기능성 장치용 전극, 촉매 담체 등을 만드는 데 널리 사용되고 있습니다.

3. 금속 유리

간략한 소개

금속 유리는 일반적으로 비정질 구조와 유리 구조를 가진 합금인 비정질 금속이라고도 합니다. 이 이중 구조는 우수한 전기 전도성, 고강도, 고탄성, 내마모성 및 내식성과 같은 결정질 금속 및 유리의 범위를 넘어서는 많은 특성을 가지고 있음을 결정합니다. 메탈릭 글래스는 강철보다 강하고 경질 공구강보다 단단합니다.

성장 추세

금속 유리는 강도, 탄성 및 자기 특성이 뛰어나며 고온에서 결정화되지 않고 단단한 상태를 유지할 수 있어 주로 항공 우주 및 군사 무기에 사용됩니다.

4. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유(UHMWPE)

간략한 소개

UHMWPE는 상대 분자량이 100만에서 500만인 폴리에틸렌으로 만든 섬유의 일종으로, 현재 세계에서 가장 강하고 가벼운 섬유입니다. 강철 와이어보다 15배 강하지만 무게는 매우 가볍고 아라미드 같은 소재보다 최대 40% 더 가볍습니다.

성장 추세

UHMWPE는 로프, 계류 및 로프 그물부터 인명 보호용, 고성능 섬유, 복합재, 적층 소재에 널리 사용됩니다. UHMWPE의 연간 세계 수요는 향후 5 년 동안 60, 000 톤, 향후 10 년 동안 100, 000 톤이 될 것으로 추정됩니다.

5. 질화 붕소 나노 튜브

간략한 소개

질화붕소는 탄소와 마찬가지로 단일 원자 시트를 형성하여 말아서 나노튜브를 형성할 수 있습니다. 질화붕소 나노튜브 자체는 탄소 나노튜브만큼 강하지만, 실제 장점은 폴리머에 결합할 때 폴리머에 단단히 달라붙는 능력에서 비롯됩니다. 질화붕소 나노튜브의 강도는 탄소 나노튜브보다 높고, PMMA 인터페이스보다 약 30% 높으며, 에폭시 수지보다 약 20% 높습니다.

성장 추세

질화붕소 나노튜브는 광학적 특성, 우수한 기계적 및 열 전도성 특성뿐만 아니라 고온을 견디고 중성자 복사를 흡수하여 폴리머, 세라믹 및 금속 복합재의 기계적 또는 열적 향상을 위한 효과적인 첨가제가 되고 있습니다. 질화붕소 나노튜브의 추가 응용 분야에는 보호막, 전기 절연체 및 센서가 포함됩니다.

6. 론스데라이트

간략한 소개

론스데일라이트는 미국의 지질학자 론스데일이 분화구에서 발견한 육각형 운석 다이아몬드로 정의됩니다. 다이아몬드와 마찬가지로 탄소 원자로 만들어졌지만 탄소 원자가 다른 모양으로 배열되어 있습니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 론스데일 스톤은 다이아몬드보다 압력에 대한 저항력이 58% 더 높은 것으로 나타났습니다.

7. 다이아몬드

간단한 소개

다이아몬드는 지구상에서 발견되는 가장 단단한 물질로 다양한 천연 형태로 존재하며, 탄소의 동소체입니다. 다이아몬드의 경도는 모스 경도의 최고 수준인 10등급입니다. 미세 경도는 10000kg/mm2로 석영보다 1,000배, 커런덤보다 150배 높습니다.

성장 추세

다이아몬드는 주로 다이아몬드 커터, 드로잉 다이용 다이아몬드, 다이아몬드 비트 등 산업에서 널리 사용됩니다.

8. 에어로젤

간략한 소개

에어로젤은 세계에서 가장 작은 밀도를 가진 고체 물질의 한 형태입니다. 에어로젤은 매우 강하고 내구성이 뛰어나며 질량의 수천 배에 달하는 압력을 견딜 수 있으며 섭씨 1200도에 도달할 때까지 녹지 않습니다.

성장 추세

에어로젤은 열, 광학, 전기, 기계 및 음향 분야에서 많은 고유한 특성을 보여 단열재, ICF 및 X-선 레이저 타겟, 촉매, 흡착제, 다양한 전자 장치 등으로 사용될 수 있습니다.

9. 실리콘 카바이드

간략한 소개

실리콘 카바이드는 자연적으로 천연 광물이거나 석영 모래, 석유 코크스(또는 석탄 코크스), 목재 칩 및 기타 원료를 저항 용광로에서 고온으로 제련하여 만들어집니다. 실리콘 카바이드는 모스 경도가 9.5로 세계에서 가장 단단한 다이아몬드에 이어 두 번째로 단단합니다. 또한 실리콘 카바이드는 열전도율이 뛰어납니다. 반도체의 일종으로 고온에서 산화에 저항할 수 있습니다.

성장 추세

3세대 반도체 소재의 대표주자인 실리콘 카바이드는 다운스트림 반도체 기업에서 선호하고 있습니다. 실리콘 카바이드 기판과 에피택셜 재료로 만들어진 전력 전자 장치는 고전압 및 고주파 환경에서 작동할 수 있으며 뛰어난 성능 이점과 광범위한 산업 전망을 가지고 있습니다.

10. 다윈의 나무 껍질 거미

간략한 소개

마다가스카르에서 세계에서 가장 크고 견고한 거미줄을 만드는 새로운 종의 거미인 다윈의 나무껍질거미가 발견되었습니다. 폭이 25미터에 달하는 이 거미줄은 지금까지 연구된 거미줄 중 가장 강한 생물학적 물질이며 같은 크기의 케블라보다 10배 더 강합니다.

기사를 읽어주셔서 감사합니다. 가장 강한 소재에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면 Stanford Advanced Materials (SAM)를 방문하여 자세한 정보를 확인하시기 바랍니다.