나노포러스 금의 결정립구조와 리가먼트 사이즈에 따른 파괴거동

Abstract

나노포러스(Nanoporous) 구조는 나노스케일의 리가먼트와 기공이 연속적으로 연결된 스펀지와 같은 구조로, 높은 비표면적과 낮은 밀도를 가진다. 이러한 이점으로 촉매나 센서, 액추에이터 등에 나노포러스 구조를 적용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 그 중 나노포러스 금은 간단한 화학반응과 열처리만으로 구조 제어가 용이하여 많이 사용되는 재료이다. 하지만 일반적으로 연성이 높은 벌크스케일의 금과 달리 나노포러스 금은 구조적인 특성으로 인하여 낮은 강도와 연성을 가진다. 기존 연구에 따르면 나노크기의 기공이 결함과 같은 응력집중부로 작용하여 낮은 강도에서 초기 균열이 발생한다. 이후 균열은 결합이 약한 입계를 통해 급진적으로 성장하면서 나노포러스 금의 취성 파괴를 일으킨다. 이러한 구조적인 요인으로 나노포러스 금의 기계적 특성을 향상시키기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 열간압연과 냉간압연을 이용하여 금-은 모합금의 결정립 구조를 제어하였고, 은을 제거하는 선택적 에칭으로 나노포러스 금의 리가먼트 사이즈를 제어하였다. 이후 결정립 크기와 리가먼트 사이즈에 따른 나노포러스 금의 파괴인성을 측정하였다. 이를 통해 나노포러스 금의 결정립 크기에 따른 리가먼트 사이즈 효과와 나노포러스 금의 취성 파괴 메커니즘을 분석하였다. 이에 기반하여 나노포러스 금의 결정립계 및 리가먼트 사이즈 제어를 통한 강도 및 연성을 향상시키는 방향을 조사하고자 한다.