나노포러스 금의 압입크기효과에 대한 재료적/구조적 모델링

Abstract

최근 에너지, 환경, 바이오 등의 관련 과학기술의 발전에 따라 관련산업의 신소재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 나노 포러스 금(Nanoporous gold)은 높은 비표면적, 화학적 안정성, 생체 적합성으로 인해 관련 산업의 신소재로 각광 받고 있다. 또한 디얼로잉(dealloying)이라는 전기화학적 부식법을 통해 쉽 게 제작할 수 있어서 간단한 열 및 산처리를 통해 쉽게 형상 을 조절할 수 있다는 장점이 있어 많은 응용연구가 진행되고 있다. 하지만 이러한 재료를 산업분야에서 사용하기 위해서는 가장 먼저 재료의 역학물성에 대한 규명이 충분해야 한다. 지금 까지 역학적 관점에서 리가먼트의 크기에 따른 물성 의존도가 있는 것으로 알려져 많은 연구가 진행되어 왔다. 즉, 나노포러 스 금의 역학물성측정에 대한 연구를 보면 상대 밀도에 의존하 는 관계식에 의해 일반적인 벌크재료의 강도 및 예측 재료보다 월등히 높은 강도가 나타난다. 이는 기존에 알려진 강도 크기효 과에 의해 압축물성이 높아진 것으로 이해된다. 이러한 크기효 과와 더불어 나노압입시험을 통한 역학물성 측정 시, 압입깊이 가 증가함에 따라 경도가 감소하는 압입크기효과(indentation size effect, ISE)도 확인할 수 있다. 일반적인 벌크 재료에서 의 압입크기효과는 Nix-Gao에 의해 기하학적 필요전위 (geometrically necessary dislocations, GND)의 분포에 따른 차이로 규명되었는데, 다공성 재료에 대해서는 구조적인 특이성 으로 인해 동일한 모델을 적용하는 데 한계가 있음이 Onck 등 의 여러 선행연구를 통해 밝혀졌고, 아직 그에 따른 역학적 메 커니즘은 명료하게 해석되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 기 존의 선행연구에서 기반한 나노인덴테이션 및 일축 압축시험, 전단시험을 통하여 리가먼트가 소성붕괴(plastic collapse)에 의 해 치밀화(densification)되는 현상을 각 시험의 역학적 상관관 계를 통한 역학적 모델로 제시하여 압입크기효과에 대해 입증하 고, 약 하나의 단위셀 깊이의 소성붕괴 현상에서 기인한 역학적 메커니즘을 해석하는 연구를 실시하였다.