NANO & PRESSURE PHASE DIAGRAMS OF ALLOYS

연구목표

본 연구에서는 합금의 상 안정성에 미치는 크기 및 압력의 영향에 대한 통합적 열역학 모델(Calphad형)을 개발하는 것을 목표로 한다. 1차년도에서는 Bi-Sn 합금을 대상으로 열물성 평가 및 열역학 통합 모델을 개발하며, 2차년도에서는 Ga-In 합금을 대상으로 열물성 평가 및 열역학 통합 모델을 개발한다.

연구내용

1차년도: Bi-Sn 합금에 대한 크기와 압력의 영향을 포함하는 열역학 통합 모델 개발- 한국: Bi-Sn 합금의 밀도와 표면장력 측정- 이스라엘: Bi-Sn 합금의 음속 및 상변태 압력 측정- 공동: 이상 용액 통합 모델 개발, Regular Solution 통합 모델 개발, Bi-Sn 합금 통합 열역학 모델링 2차년도: Ga-In 합금에 대한 크기와 압력의 영향을 포함하는 열역학 통합 모델 개발- 한국: Ga-In 합금의 밀도와 표면장력 측정- 이스라엘: Ga-In 합금의 음속 및 상변태 압력 측정- 공도: Ga-In 합금 통합 열역학 모델링

기대효과

재료공학 분야에서 합금의 상태도는 상의 안정성을 평가하고 새로운 소재를 개발할 때 요구되는 필수 사항이다. 본 연구에서는 기존의 합금의 상 안정 영역을 넘어서는 새로운 소재 개발을 위해 재료의 크기와 압력의 영향을 변화시키는 방법을 채택하였다. 본 연구과제명인 NADIA는 그리스어로 희망을 뜻하며, 본 과제에서 달성하고자 하는 크기와 압력 제어를 통해 얻게 되는 신합금에 대한 무한한 가능성을 나타낸다. 기존의 나노 상태도와 압력 상태도는 별개의 것으로 여겨졌으나, 나노 입자의 압력 증가분을 표면장력과 밀도값을 이용한 라플라스식으로 표시될 수 있다는 점을 고려하면, 합금의 크기와 압력에 대한 상태도를 통합시킬 수 있는 모델 개발이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 낮은 융점을 갖는 Bi-Sn 합금 및 Ga-In 합금을 선정하였는데, 이러한 재료는 합금 조성, 크기, 압력을 조정할 경우 상온에서 액체상태로 존재할 수 있어 무한한 응용력을 갖는다. 예를 들어, Ladd 등은 3D 프린팅으로 제조된 Ga-In 합금을 PDMS에 넣어서 약 35%의 변형률을 갖는 interconnect로 활용할 수 있음을 보였다. 즉, 기존의 전선이 변형에 의해 파괴될 수 있는 것에 비하여, 액체 금속 형태로 사용될 경우 안전하게 활용될 수 있다. 유사한 방법으로 입자의 크기를 조절하거나 압력이 가해지는 조건에서 액체상태를 유지할 수 있는 경우, 각종 전자 소자의 interconnect는 물론, 압력 센서 등으로의 활용이 가능할 것으로 기대된다. 한국의 나노 상태도 연구와 이스라엘의 압력 상태도 연구의 전문성을 결합하여 새로운 통합 모델을 제안할 수 있을 것으로 기대되며, 양국의 중견 연구자는 물론 학생들의 상호 방문을 통해 양국의 관계발전에 기여할 것이다. 본 연구가 성공적으로 진행될 경우 공동연구 결과는 국제 학회 및 국제 저널 논문으로 발표할 예정이다.