알루미노규산염 유리는 "역사상 가장 강한 유리"입니까?

편집자의 의견: 과학자들이 초강력 유리를 만드는 새로운 방법을 고안했습니다. 이 공정은 극도로 높은 온도와 압력에서 일반 산화유리와 알루미노규산염을 혼합합니다. 그 결과 나온 물질은 이를 "역대 가장 강한 유리"라고 부르는 일부 출판물에 있지만 과연 그럴까요?

독일 바이로이트대학교 재료과학자들이 고릴라 글래스보다 2배 이상 강한 유리를 개발했다. 코닝의 Gorilla Glass Victus는 파괴 인성이 0.76MPa에 달하는 가장 견고한 소재입니다. 이번 달 Nature Materials 저널에 게재된 바이로이트 연구에서 생산된 유리는 강도가 1.99MPa입니다. 연구원들은 이것이 "다른 보고된 벌크 산화물 유리"를 능가한다고 주장하며 Extreme Tech는 "과학자들이 극도의 열과 압력을 사용하여 가장 강한 유리를 만듭니다"라는 선정적인 헤드라인을 게시하도록 했습니다. 하지만 그것이 역대 가장 강한 유리일까요?

헤드라인을 보고 사람들이 Star Trek에서 투명한 알루미늄의 발견을 예측했다는 사실에 열광했던 2016년에 대해 생각하게 되었습니다. Star Trek 4: The Voyage Home의 장면을 기억하실 것입니다. Scotty와 Bones는 폴리머 엔지니어에게 투명한 알루미늄 제조법을 얻기 위해 고래를 수용할 탱크를 만드는 데 필요한 재료를 제공하도록 설득했습니다(아래).

이 이야기는 당시 선동적인 이야기였으며, AlON(알루미늄 산질화물) 개발 특허는 영화가 개봉되기 8년 전인 1978년까지 거슬러 올라간다는 점을 사람들이 지적하면서 빠르게 폭로되었습니다. 최초의 상업용 샘플 중 일부는 영화가 개봉되기 2년 전인 1984년에 제작되었습니다. 물론, 수년간의 연구가 진행되었고, 2016년 옥스퍼드 대학에서 발견한 제조 공정의 획기적인 발전으로 인해 널리 보고된 오해가 발생했습니다.

바이로이트 대학의 소재는 AlON과 미묘하게 다르지만 더 강하지는 않습니다. AlON은 알루미늄, 산소, 질소 원자를 융합하여 투명한 세라믹으로 제조됩니다. 알루미노규산염 유리는 표준 산화유리에 규소, 알루미늄, 붕소 및 산소(알루미노규산염)를 혼합합니다. 화학적으로 주요 차이점은 질소를 붕소로 대체한다는 것입니다.

AlON 제조 공정에는 알루미나 분말을 카본 블랙과 혼합하고 이를 질소가 풍부한 분위기에서 섭씨 1,650~1,850도 정도까지 가열하는 과정이 포함됩니다. 바이로이트 연구진은 산화유리와 알루미노규산염을 결합한 후 10~15기가파스칼(GPa)의 압력에서 1,000C까지 가열했습니다. 두 공정 모두 매우 단단한 준결정 구조를 생성합니다(아래).

일반 비정질 유리(왼쪽)와 파라결정질 유리(오른쪽). 더 가벼운 영역은 강도를 더해 순서가 더 정해져 있습니다. 이미지 출처: 바이로이트 대학교

바이로이트 공정을 통해 파괴 강도가 1.99 MPa +/- 0.06 MPa인 유리가 생성되며 이는 AlON(2.0 MPa)보다 약간 높거나 낮습니다. 따라서 모든 의도와 목적을 위해 이 새로운 유리는 현재 형태의 AlON과 동일한 강도를 갖습니다. 불행하게도 힘에 관해서는 공동 1위도 하지 못했습니다.

올해 초 중국 과학자들은 다이아몬드를 긁을 수 있을 만큼 단단한 유리를 합성했습니다. 임시적으로 AM-III로 명명된 이 비정질 재료는 비커스 경도 테스트에서 113GPa로 평가되었습니다. 참고로 많은 천연 다이아몬드의 강도는 70-100GPa 사이입니다. 그러나 가장 단단한 돌은 규모를 150GPa까지 기울일 수 있습니다. 이 유리는 풀러렌을 12시간에 걸쳐 25GPa의 압력과 1,200C의 온도로 매우 천천히 가열하고 압축하여 만들어집니다.

이 모든 물질은 정도에 따라 다르지만 모두 "유리"라고 표시되어 있습니다. 저는 Extreme Tech의 헤드라인이 솔직하지 않다고 생각하지 않습니다. 나는 이 분야의 과거 발전에서 보았듯이 그것이 과대광고에 휩싸였다고 생각합니다. 알루미노실리케이트 유리가 다른 벌크 산화물 유리보다 강하다는 연구의 주장은 타당하지만 "벌크 산화물"이라는 조건에서만 유효합니다. AlON과 풀러렌 유리 모두 현재 가장 강력한 후자가 동일한 주장을 할 수 있습니다.

이미지 크레디트 : Stilvetro Acqui