상온(常溫)에서 액체로 변하는 액체금속 이용해 주방에서도 쉽게 만들 수 있는 극히 얇은 금속 개발돼

산화물(oxides)로 불리는 극히 얇은 금속 화합물 제조 기법이 개발됐다. 스마트폰 터치스크린과 같은 기능을 하기 때문에 얇은 산화물을 만들어내는 싸고 쉬운 방법을 찾는 기술이 실제로 상당한 가치가 있을 수 있다. 이 같은 연구 결과는 학술지 ‘사이언스’ 최근호에 발표됐다.

이 기법은 액체금속(liquid metal)이라는 일단의 합금을 이용한다. 물론 어떤 금속이나 충분히 가열하면 액체로 변할 수 있다. 그러나 이 화합물은 특이하게 상온(常溫)에서 액체가 된다. 구체적으로 연구팀은 갈륨·주석·인듐의 합금인 갈린스탄(galinstan)이라는 액체금속을 사용했다. 갈륨은 녹는점이 극히 낮아 화합물 전체를 액체 상태로 유지하는 금속이다.

대부분의 금속은 공기 중의 산소와 작용해 표면에 자연스럽게 얇은 막을 형성한다(이런 과정의 가장 일반적인 예가 금속이 녹스는 과정이다). 그러나 녹은 일반적으로 생기지 않도록 해야 하는 반면 과학자들은 그 과정을 이용해 스마트폰 터치스크린의 기능을 하는 산화물의 더 우수한 제조 기법을 모색한다.

손가락 터치의 전기자극에 반응하는(그리고 겨울 동안 전기가 통하지 않는 장갑 낀 손가락 터치에는 전혀 반응하지 않는) 것이 이들 산화물이다. 휴대전화 스크린 제조사들은 좁은 산화물 스트립(띠 모양 조각)들로 스크린의 양쪽에 격자무늬를 만든다. 그런 스트립 조각들이 사실상 손가락으로 어디를 터치했는지 휴대전화의 프로세서에 알려주는 배선 역할을 한다.

연구팀은 저마다 극히 다른 화학적 특성을 지닌 3가지의 금속 산화물을 만들어내는 시도를 했다. 하프늄·알루미늄·가돌리늄이다. 그 기법이 실제로 효과가 있는지 아니면 단순히 행운이었는지 확인하려는 목적이다.

연구팀은 각 금속을 액체금속 갈린스탄과 섞은 다음 액체 방울을 표면에 떨어뜨렸다. 대단히 어렵게 들리지만 아마추어라도 주방에서 사용할 만큼 간단한 기법이라고 과학자들은 말한다. 그 액체 방울이 표면에 떨어지면 마치 유리창에 찍히는 손바닥 자국처럼 얇은 산화막이 생긴다. 하프늄 산화물의 경우 막 두께가 0.6㎚(1나노미터는 10억 분의 1m)에 불과했다. 인간 세포의 몇 분의 1, 원자 한두 개의 두께다. 가돌리늄 산화막도 그와 비슷한 반면 알루미늄 산화막은 두께가 약 2배에 달했다.

현재 휴대전화 스크린에서 가장 많이 쓰이는 산화물은 ITO라는 별명을 가진 인듐 주석 산화물이다. 그러나 다루기가 힘들다는 지적이 많아 과학자들이 벌써부터 대안을 탐구해왔다. 더 다양하고 저렴한 산화물의 개발이 그 과정을 손가락으로 스크린 쓸어 넘기듯 쉽게 만드는 첫걸음이 될 수 있다.

- 메간 바텔스 뉴스위크 기자

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