화학공학소재연구정보센터
  • 가장 강한 자연재료 물질의 발견등록일 : 2015/02/24
  • 최근 포츠머스대에서 수행된 새로운 연구 결과 삿갓조개의 이(Limpet teeth)가 자연계에 존재하는 가장 강한 재료 물질로 밝혀졌다. 포츠머스대(University of Portsmouth)의 연구자들은 원추형 셀(conical shell)을 지닌 작은 수중 달팽이 같은 생명체인 삿갓조개가 매우 강항 생물학적 구조를 지니고 있어 미래에 자동차, 보트, 비행기 등의 제조에 이용될 수 있을 것이라고 예상했다. 연구자들이 수행한 연구는 원자힘현미경(atomic force microscopy)과 원자 수준에서 재료물질을 서로 떨어뜨리는 방법을 이용해 삿갓조개가 지닌 이 (teeth)의 미세 수준에서의 기계적인 움직임을 보여주고 있다.

    이번 연구를 이끈 포츠머스대 화학공학과의 Asa Barber는 “자연은 뛰어난 기계적 속성을 지닌 구조물을 디자인하는 가장 큰 원천이 될 수 있다. 우리가 우리 주변에서 관찰할 수 있는 모든 것, 예를 들어 나무나 바다의 조개 등이 우리가 해야 할 부분에 있어 가장 효과적으로 진화한 것들일 수 있다. 지금까지 우리는 거미 섬유가 이들이 지닌 뛰어난 탄성력과 강도로 가장 강력한 생물학적 구조를 지니고 있으며 방탄복이나 컴퓨터 전자 기기 등에 이용될 수 있을 것이라고 생각해왔지만, 이제 삿갓조개의 이가 이보다 더 강하며 보다 많은 응용 분야가 있다는 사실이 밝혀졌다”고 말했다.

    그는 연구를 통해 삿갓조개가 성장하면서 만들어지는 침철석(goethite)이라는 딱딱한 광물이 이들의 이에 생겨난다는 사실을 발견했다. 그는 이에 대해 “ 삿갓조개는 자신들이 지닌 강력한 이를 통해 바다 암석의 표면을 다듬고 파도가 밀려올 때 먹이를 위해 이끼를 제거할 필요가 있다. 우리는 침철석이 지닌 섬유가 탄력있는 복합재료의 구성물이 되기에 적당한 크기를 지니고 있다는 사실을 발견했다. 이러한 발견은 삿갓조개의 이를 포뮬러 1의 경주용 자동차나 항공기의 구조물로 이용할 수 있다는 사실을 의미한다. 공학자들은 언제나 이러한 구조물을 이용해 보다 강하고 가벼운 물질을 만들어내기를 희망해왔다”고 말했다.

    또한 그는 “일반적으로 큰 구조물은 많은 틈을 지니고 있어 틈이 거의 없는 작은 구조물들에 비해 깨지기가 쉽다. 문제는 대부분의 구조물들이 커야 하고 따라서 우리가 원하는 것에 비해 약하다는데 있다. 삿갓조개의 이는 이러한 규칙에서 벗어나 이를 해결할 수 있는 재료가 될 수 있다”고 덧붙였다.

    Barber가 테스트한 재료는 두께가 인간의 머리카락의 100배 정도로 얇아서 이러한 물질들을 분해하기 위해 이용되는 기술이 따로 개발되었다. 이에 대해 Barber는 “삿갓 조개의 이를 개발하기 위한 방법을 찾아내는 것이 중요하다. 전체적인 이의 길이가 1밀리미터 미만이며 휘어져 있기 때문에 이들의 강도는 이의 형태나 재료 등에 의존한다. 우리는 이 물질의 강도를 좀 더 알기를 원했으며 그래서 곡선 형태의 이 구조에서 약간의 부분을 잘라내는 방식을 이용했다”고 말했다.

    그는 마지막으로 “생물은 우리가 디자인하고자 하는 생물학적 구조물의 원천이 될 수 있지만 이들을 찾아내는 데에는 많은 시간을 필요로 한다”고 말했다. 이번 연구는 Royal Society journal Interface지에 게재될 예정이다.

  • 키워드 : 원자힘현미경, 원추형 셀, 침철석
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑