액체 금속
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1. 개요
액체 금속은 물처럼 유동성을 가지며, 열과 전기를 잘 통하고, 자기장의 영향을 받는 금속이다. 상온에서 액체 상태인 수은, 갈륨 등이 있으며, 다른 금속과 합금을 이루기도 한다. 액체 금속은 높은 열전도율과 전기 전도성을 이용하여 온도 조절기, 스위치, 열 전달 시스템, 냉각재, 액추에이터, 액체 거울 망원경 등 다양한 분야에 활용된다.
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액체 금속 | |
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액체 금속 | |
![]() | |
정의 | 상온에서 액체 상태인 금속 또는 합금 |
특징 | |
일반적 상태 | 실온에서 액체 |
원소 형태 | 주로 수은 |
합금 형태 | 갈린스탄 특정 나트륨칼륨합금 기타 다양한 합금 |
응용 분야 | 열 전달 전자 장치 윤활 3D 프린팅 유연 전자 |
주요 액체 금속 | |
수은 | 상온에서 액체인 유일한 원소 금속 독성, 증기 위험 |
갈린스탄 | 갈륨, 인듐, 주석의 합금 낮은 독성, 다양한 응용 |
나트륨칼륨 합금 | 나트륨과 칼륨의 합금 반응성이 높고 위험함 특수한 용도에 사용 |
액체 금속의 응용 분야 | |
열 전달 | 고온 열 교환기 원자로 냉각재 |
전자 장치 | 전도성 액체 전극 액체 금속 접점 유연한 전자 장치 |
윤활 | 고온 및 극한 환경 윤활 |
3D 프린팅 | 액체 금속 기반 3D 프린팅 |
유연 전자 | 신축성 있는 회로 웨어러블 장치 |
2. 성질
물과 같이 유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉽고, 표면 장력이 크다(그 때문에 소량이면 구형이 된다).[23][24]
수은이나 갈륨과 같이, 다른 많은 금속과 액체 상태의 합금이 된다.[25][26] 특히 수은의 합금은 아말감이라고 불린다.
상온에서 액체 상태인 합금계는 일반적인 비금속 액체보다 열전도도가 훨씬 우수하다.[3] 따라서 액체 금속은 열원에서 액체로 효율적으로 에너지를 전달할 수 있다. 또한 전기 전도도가 높아 전자기 펌프를 이용하여 액체를 더 효율적으로 펌핑할 수 있다.[4]
액체 금속의 점성은 액체의 원자 구성, 특히 합금의 경우에 따라 크게 달라질 수 있다. 특히 액체 금속의 점성에 대한 온도 의존성은 표준 아레니우스 식 의존성에서부터 보겔-풀처-탐만 방정식에 의해 경험적으로 제시된 것과 같은 훨씬 더 가파른 (비아레니우스) 의존성까지 다양할 수 있다.[5]
대부분의 액체 금속은 기판 표면에서 산화물을 제거하면 금속 표면을 적심한다.[6] 갈륨은 텅스텐과 탄탈륨을 제외한 모든 금속에 부식성이 강하다.[7]
인듐처럼 갈륨 및 갈륨 함유 합금은 유리와 석영 같은 비금속 표면도 적실 수 있다. 합금을 표면에 문지르면 젖음 현상이 잘 일어난다. 그러나, 이는 액체 금속이 산화막을 벗겨내고 유리를 적신다는 오해를 낳았다. 실제로는 산화물 때문에 액체가 유리를 적시는 것이다. 액체를 유리 표면에 문지르면 산화되어 산화물 잔류물로 유리를 코팅하고, 그 위에 액체 금속이 젖는다. UCLA 연구에 따르면, 갈린스탄을 무산소 환경에서 테스트했을 때, 산화막이 없는 표면은 밝고 광택이 있었으며, 이는 액체 갈륨의 실제 거동을 보여준다.[8]
2. 1. 유동성
유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉽고, 표면 장력이 크다(그 때문에 소량이면 구형이 된다).[23][24]수은이나 갈륨과 같이, 다른 많은 금속과 액체 상태의 합금이 된다.[25][26] 특히 수은의 합금은 아말감이라고 불린다.
2. 2. 열 및 전기 전도성
상온에서 액체 상태인 합금계는 일반적인 비금속 액체보다 열전도도가 훨씬 우수하다.[3] 따라서 액체 금속은 열원에서 액체로 효율적으로 에너지를 전달할 수 있다. 또한 전기 전도도가 높아 전자기 펌프를 이용하여 액체를 더 효율적으로 펌핑할 수 있다.[4] 이러한 특성으로 인해 이러한 재료는 특정 열전도 및/또는 방열 응용 분야에 사용된다.액체 합금계는 유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉽고, 표면 장력이 크다.[23][24] 수은이나 갈륨과 같이, 다른 많은 금속과 액체 상태의 합금이 된다.[25][26] 수은의 합금은 특히 아말감이라고 불린다.
2. 3. 점성
액체 금속의 점성은 액체의 원자 구성, 특히 합금의 경우에 따라 크게 달라질 수 있다. 특히 액체 금속의 점성에 대한 온도 의존성은 표준 아레니우스 식 의존성에서부터 보겔-풀처-탐만 방정식에 의해 경험적으로 제시된 것과 같은 훨씬 더 가파른 (비아레니우스) 의존성까지 다양할 수 있다.[5]2. 4. 젖음성
대부분의 액체 금속은 기판 표면에서 산화물을 제거하면 금속 표면을 적심한다.[6] 갈륨은 텅스텐과 탄탈륨을 제외한 모든 금속에 부식성이 강하다.[7]인듐처럼 갈륨 및 갈륨 함유 합금은 유리와 석영 같은 비금속 표면도 적실 수 있다. 합금을 표면에 문지르면 젖음 현상이 잘 일어난다. 그러나, 이는 액체 금속이 산화막을 벗겨내고 유리를 적신다는 오해를 낳았다. 실제로는 산화물 때문에 액체가 유리를 적시는 것이다. 액체를 유리 표면에 문지르면 산화되어 산화물 잔류물로 유리를 코팅하고, 그 위에 액체 금속이 젖는다. UCLA 연구에 따르면, 갈린스탄을 무산소 환경에서 테스트했을 때, 산화막이 없는 표면은 밝고 광택이 있었으며, 이는 액체 갈륨의 실제 거동을 보여준다.[8] 액체 금속은 유동성이 있고, 열과 전기를 통하며, 자기장의 영향을 받고, 산화하기 쉬우며, 표면 장력이 크다.[23][24] 수은이나 갈륨처럼 다른 금속과 액체 상태의 합금이 되기 쉽다.[25][26]
2. 5. 자기장 영향
액체 금속은 물과 같이 유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉽고, 표면 장력이 크기 때문에 소량이면 구형이 된다.[23][24]수은이나 갈륨과 같이, 다른 많은 금속과 액체 상태의 합금이 된다.[25][26] 수은의 합금은 특히 아말감이라고 불린다.
2. 6. 표면 장력
액체 금속은 물과 같이 유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉽고, 표면 장력이 크기 때문에 소량이면 구형이 된다.[23][24] 수은이나 갈륨과 같이, 다른 많은 금속과 액체 상태의 합금이 된다.[25][26] 특히 수은의 합금은 아말감이라고 불린다.2. 7. 산화
액체 금속은 물과 같이 유동성을 가지며, 열과 전기를 통하고, 자기장의 영향을 받기 쉽다. 산화하기 쉬우며, 표면 장력이 크기 때문에 소량이면 구형이 된다.[23][24]3. 응용 분야
액체 금속은 온도조절기, 스위치, 기압계, 열전달 시스템, 그리고 열냉각 및 가열 설계 등에 사용된다.[9][10] 비금속 및 금속 표면 사이에서 열과 전기를 전도하는 데에도 사용될 수 있다. 자유롭게 흐르는 특성 때문에, 재료의 변형성이 중요한 웨어러블 및 의료 기기 분야에서의 응용도 가능성이 있다.[9][10]
액체 금속은 높은 열전도율 때문에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용되기도 한다. 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용한다.[11] 액체 금속 냉각 원자로에서도 사용된다.
액체 금속은 생물학적 응용에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 피로 없이 구부러지는 상호 연결 장치를 만드는 데 사용될 수 있다. 갤린스탄(갈린스탄/Galinstan영어)은 특별히 독성이 강하지 않기 때문에, 액체 금속 코어가 있는 실리콘으로 만든 전선은 섬세한 뇌 조직이 기존의 고체 이식물을 견딜 수 없는 심장 박동기 및 신경 이식에 이상적이다. 실제로 이 재료로 만든 전선은 원래 길이의 3배 또는 5배까지 늘릴 수 있으며, 전기를 전도하고 원래 크기와 모양으로 돌아갈 수 있으며 성능 저하가 없다.[12]
높은 표면 장력과 유체 변형성의 독특한 조합으로 인해 액체 금속은 부드러운 액추에이터를 만드는 데 유용하다.[13][14][15] 액체 금속 액추에이터의 힘 생성 메커니즘은 일반적으로 표면 장력의 조절을 통해 달성된다.[16][17][18] 예를 들어, 액체 금속 방울은 표면 장력이 증가할 때 수축을 생성하는 방식으로 두 개의 움직이는 부분(예: 로봇 시스템)을 연결하도록 설계될 수 있다.[19] 액체 금속 액추에이터에서 근육과 같은 수축 원리는 다른 고체 재료에 비해 몇 가지 액체 고유의 장점을 제공하는 차세대 인공 근육으로서의 잠재력에 대해 연구되어 왔다.[20]
액체 거울 망원경은 회전하는 탱크를 통해 포물선 형태로 형성된 액체 금속을 반사 망원경의 주 반사경으로 사용할 수 있다.[21]
스팔레이션 중성자원은 펄스 중성자 빔을 생성하기 위한 표적으로 액체 금속을 사용한다.
; 원자로의 냉각재
원자력잠수함의 추진용 원자로나 고속증식로와 같이 설치 면적이 작은, 더 많은 열을 발생시키는 고속로에서는 냉각재로 액체 상태의 나트륨(융점 97.79℃), 리튬(융점 181℃) 등이 액체금속냉각로에 사용된다. 마찬가지로 사용되는 나트륨-칼륨 합금은 융점이 더 낮다.
; 다른 금속의 분리
수은은 금 등을 추출하는 데 이용되었다. 산산이 부순 금광석을 수은에 녹이고, 수은의 끓는점까지 고온으로 하여 금과 분리하였다.
; 용접, 납땜
2개 이상의 물체의 접합면에서, 경우에 따라서는 첨가재와 함께 열이나 압력을 가하여 녹여 일단 액체 금속으로 만들어 접합하는 용접이 이루어진다.
; 용광로와 금속 제품
고로에서 금속류는 녹고, 액체 상태의 금속을 주형 등에 흘려 넣는 등 하여 성형하여 철판 등의 제품이 제조된다.
; 기타
3. 1. 냉각재
액체 금속은 높은 열전도율 덕분에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용된다.[9][10] 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용한다.[11] 액체 금속 냉각 원자로에서도 사용된다.원자력잠수함의 추진용 원자로나 고속증식로와 같이 설치 면적이 작은, 더 많은 열을 발생시키는 고속로에서는 냉각재로 액체 상태의 나트륨(융점 97.79℃), 리튬(융점 181℃) 등이 액체금속냉각로에 사용된다.[27] 마찬가지로 사용되는 나트륨-칼륨 합금은 융점이 더 낮다.
3. 2. 열 전달 시스템
액체 금속은 높은 열전도율 덕분에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용된다.[10] 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용한다.[11] 또한, 액체 금속 냉각 원자로에서도 사용된다. 예를 들어, 원자력잠수함의 추진용 원자로나 고속증식로와 같이 설치 면적이 작은, 더 많은 열을 발생시키는 고속로에서는 냉각재로 액체 상태의 나트륨(융점 97.79℃), 리튬(융점 181℃) 등이 액체금속냉각로에 사용된다. 마찬가지로 사용되는 나트륨-칼륨 합금은 융점이 더 낮다.[27]3. 3. 전자기 펌프
액체 금속은 전자기 펌프에도 사용된다.[27]3. 4. 유연 전자 소자
액체 금속은 온도조절기, 스위치, 기압계, 열전달 시스템, 열냉각 및 가열 설계 등에 사용된다.[9][10] 비금속 및 금속 표면 사이에서 열과 전기를 전도하는 데에도 사용될 수 있다. 자유롭게 흐르는 특성 덕분에 재료의 변형성이 중요한 웨어러블 및 의료 기기 분야에서 응용 가능성이 높다.[9][10]액체 금속은 높은 열전도율 덕분에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용되기도 한다. 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용하며,[11] 액체 금속 냉각 원자로에서도 사용된다.
갤린스탄(Galinstan)과 같이 독성이 강하지 않은 액체 금속은 생물학적 응용에도 사용될 수 있다. 액체 금속 코어가 있는 실리콘으로 만든 전선은 심장 박동기 및 신경 이식에 이상적이다. 이 재료로 만든 전선은 원래 길이의 3배 또는 5배까지 늘릴 수 있으며, 전기를 전도하고 원래 크기와 모양으로 돌아갈 수 있으며 성능 저하가 없다.[12]
높은 표면 장력과 유체 변형성의 독특한 조합으로 인해 액체 금속은 부드러운 액추에이터를 만드는 데 유용하다.[13][14][15] 액체 금속 액추에이터의 힘 생성 메커니즘은 일반적으로 표면 장력의 조절을 통해 달성된다.[16][17][18] 예를 들어, 액체 금속 방울은 표면 장력이 증가할 때 수축을 생성하는 방식으로 두 개의 움직이는 부분(예: 로봇 시스템)을 연결하도록 설계될 수 있다.[19] 액체 금속 액추에이터에서 근육과 같은 수축 원리는 다른 고체 재료에 비해 몇 가지 액체 고유의 장점을 제공하는 차세대 인공 근육으로서의 잠재력에 대해 연구되어 왔다.[20]
3. 5. 액추에이터
액체 금속은 높은 표면 장력과 유체 변형성의 독특한 조합을 가져 부드러운 액추에이터를 만드는 데 유용하다.[13][14][15] 액체 금속 액추에이터의 힘 생성 메커니즘은 일반적으로 표면 장력의 조절을 통해 달성된다.[16][17][18] 예를 들어, 액체 금속 방울은 표면 장력이 증가할 때 수축을 생성하는 방식으로 두 개의 움직이는 부분(예: 로봇 시스템)을 연결하도록 설계될 수 있다.[19] 액체 금속 액추에이터에서 근육과 같은 수축 원리는 다른 고체 재료에 비해 몇 가지 액체 고유의 장점을 제공하는 차세대 인공 근육으로서의 잠재력에 대해 연구되어 왔다.[20]3. 6. 액체 거울 망원경
액체 금속은 회전하는 탱크를 통해 포물선 형태로 형성되어 반사 망원경의 주 반사경으로 사용될 수 있다.[21]3. 7. 중성자원
액체 금속은 스팔레이션 중성자원에서 펄스 중성자 빔 생성을 위한 표적으로 사용된다.[21] 원자력잠수함의 추진용 원자로나 고속증식로와 같이 설치 면적이 작은, 더 많은 열을 발생시키는 고속로에서는 냉각재로 액체 상태의 나트륨(융점 97.79℃), 리튬(융점 181℃) 등이 액체금속냉각로에 사용된다.[21] 마찬가지로 사용되는 나트륨-칼륨 합금은 융점이 더 낮다.3. 8. 금속 분리
액체 금속은 온도조절기, 스위치, 기압계, 열전달 시스템, 열냉각 및 가열 설계 등에 사용된다.[9][10] 비금속 및 금속 표면 사이에서 열과 전기를 전도하는 데에도 사용될 수 있으며, 웨어러블 및 의료 기기 분야에서의 응용도 가능하다.[9][10] 높은 열전도율 덕분에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용되기도 한다.[11] 플레이스테이션 5는 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용한다.[11]액체 금속은 높은 표면 장력과 유체 변형성의 독특한 조합으로 인해 부드러운 액추에이터를 만드는 데 유용하다.[13][14][15] 액체 금속 액추에이터의 힘 생성 메커니즘은 일반적으로 표면 장력의 조절을 통해 달성된다.[16][17][18] 예를 들어, 액체 금속 방울은 표면 장력이 증가할 때 수축을 생성하는 방식으로 두 개의 움직이는 부분(예: 로봇 시스템)을 연결하도록 설계될 수 있다.[19]
액체 거울 망원경은 회전하는 탱크를 통해 포물선 형태로 형성된 액체 금속을 반사 망원경의 주 반사경으로 사용할 수 있다.[21] 스팔레이션 중성자원은 펄스 중성자 빔을 생성하기 위한 표적으로 액체 금속을 사용한다.
수은은 금 등을 추출하는 데 이용되었다. 산산이 부순 금광석을 수은에 녹이고, 수은의 끓는점까지 고온으로 하여 금과 분리하였다.
2개 이상의 물체의 접합면에서, 경우에 따라서는 첨가재와 함께 열이나 압력을 가하여 녹여 일단 액체 금속으로 만들어 접합하는 용접이 이루어진다. 고로에서 금속류는 녹고, 액체 상태의 금속을 주형 등에 흘려 넣는 등 하여 성형하여 철판 등의 제품이 제조된다.
3. 9. 용접 및 납땜
액체 금속은 높은 열전도율과 전기 전도성을 가지며, 비금속 및 금속 표면 사이에서 열과 전기를 전달하는 데 사용될 수 있다. 이러한 특성으로 인해 온도조절기, 스위치, 기압계, 열전달 시스템, 열냉각 및 가열 설계에 활용된다.[9][10]액체 금속은 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용되어 열을 효과적으로 방출한다. 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용하며,[11] 액체 금속 냉각 원자로에서도 냉각재로 활용된다.
2개 이상의 물체를 접합할 때, 접합면에 열이나 압력을 가하여 액체 금속으로 만들어 접합하는 용접 기술이 사용된다.
3. 10. 기타
액체 금속은 온도조절기, 스위치, 기압계, 열전달 시스템, 열냉각 및 가열 설계 등에 사용된다.[9][10] 비금속 및 금속 표면 사이에서 열과 전기를 전도하는 데에도 사용될 수 있다. 자유롭게 흐르는 특성 때문에, 재료의 변형성이 중요한 웨어러블 및 의료 기기 분야에서의 응용도 가능하다. 높은 열전도율 덕분에 쿨러와 프로세서 사이의 열 인터페이스 재료로 사용되기도 한다.[27] 플레이스테이션 5 비디오 게임 콘솔은 콘솔 내부 부품 냉각에 액체 금속을 사용한다.[11]액체 금속은 높은 표면 장력과 유체 변형성의 독특한 조합으로 인해 부드러운 액추에이터를 만드는 데 유용하다.[13][14][15] 액체 금속 액추에이터의 힘 생성 메커니즘은 일반적으로 표면 장력의 조절을 통해 달성된다.[16][17][18] 예를 들어, 액체 금속 방울은 표면 장력이 증가할 때 수축을 생성하는 방식으로 두 개의 움직이는 부분(예: 로봇 시스템)을 연결하도록 설계될 수 있다.[19] 액체 금속 액추에이터에서 근육과 같은 수축 원리는 다른 고체 재료에 비해 몇 가지 액체 고유의 장점을 제공하는 차세대 인공 근육으로서의 잠재력에 대해 연구되어 왔다.[20]
액체 거울 망원경은 회전하는 탱크를 통해 포물선 형태로 형성된 액체 금속을 반사 망원경의 주 반사경으로 사용할 수 있다.[21] 스팔레이션 중성자원은 펄스 중성자 빔을 생성하기 위한 표적으로 액체 금속을 사용한다.
원자력잠수함의 추진용 원자로나 고속증식로와 같이 설치 면적이 작은, 더 많은 열을 발생시키는 고속로에서는 냉각재로 액체 상태의 나트륨(융점 97.79℃), 리튬(융점 181℃) 등이 액체금속냉각로에 사용된다. 마찬가지로 사용되는 나트륨-칼륨 합금은 융점이 더 낮다. 수은은 금 등을 추출하는 데 이용되었다. 산산이 부순 금광석을 수은에 녹이고, 수은의 끓는점까지 고온으로 하여 금과 분리하였다. 2개 이상의 물체의 접합면에서, 경우에 따라서는 첨가재와 함께 열이나 압력을 가하여 녹여 일단 액체 금속으로 만들어 접합하는 용접이 이루어진다. 고로에서 금속류는 녹고, 액체 상태의 금속을 주형 등에 흘려 넣는 등 하여 성형하여 철판 등의 제품이 제조된다.
4. 주요 액체 금속
; 수은
:
수은은 상온에서 액체 상태를 유지하는 유일한 금속 원소이다. 다른 금속들과 혼합되어 아말감을 형성하는 특성이 있다.
; 갈륨
:* 갈린스탄은 갈륨, 인듐, 주석으로 구성된 합금으로, 상온에서 액체 상태를 유지한다. 체온계나 방열 그리스에 사용된다.
; 철-니켈 합금
:* 지구와 같은 행성의 외핵을 구성하는 철-니켈 합금은 고온고압에서만 액체가 된다.
4. 1. 수은
수은은 상온에서 액체 상태를 유지하는 유일한 금속 원소이다. 다른 금속들과 혼합되어 아말감을 형성하는 특성이 있다.4. 2. 갈륨
4. 3. 갈린스탄
갈륨, 인듐, 주석으로 구성된 합금으로 상온에서 액체 상태를 유지한다. 체온계나 방열 그리스에 사용된다.4. 4. 철-니켈 합금
지구와 같은 행성의 외핵을 구성하는 철-니켈 합금은 고온고압에서만 액체가 된다.5. 문화 속 액체 금속
영화 《터미네이터》 시리즈에서 적역으로 등장한 T-1000과 T-X는 유체 다결정 합금(액체 금속)으로 된 몸체를 가지고 있다.[28] (납·주석 점)는 터키, 독일, 북유럽 등 넓은 지역에서 볼 수 있으며, 납이나 주석을 스푼 위에서 녹여 물에 떨어뜨려 굳어진 형태로 운세를 점치는 풍습이다.[28] 크리스마스나 신년 축하 행사에서 행해지지만, 안티몬 중독이나 납 중독 등 건강에 악영향을 미칠 수 있다는 보고가 있다.[28]
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Kurşun döktürmenin inanılmaz zararı
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ミッリイェト
2017-12-21
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