일본산업뉴스요약

차세대 선도자
형상기억 마그네슘 합금 개발
획기적인 가벼움, 의료 및 우주에서 활용
(고가와 유키코 씨 / 물질∙재료 연구기구 연구원)

실용적인 금속 중에 가장 가볍다고 하는 마그네슘 합금. 항공기 및 자동차 부품 등의 대폭적인 경량화로 이어질 것으로 기대되는 가운데 본격적인 보급을 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 물질∙재료연구기구 연구원인 고가와 씨(27)는 형상을 기억하는 마그네슘 합금을 세계최초로 개발. 실용화를 목표로 시행착오를 이어가고 있다.

「마그네슘 합금이 다양하게 사용될 수 있게 하고 싶다」. 수줍은 듯이 말하는 학생 같은 모습의 고가와 씨이지만, 연구에 대해서 말할 때에는 그녀의 열정이 고스란히 느껴졌다. 이번에 개발한 것은 형상기억 특성을 지닌 획기적인 마그네슘 합금. 작년 7월에 미국 과학지인 사이언스에서 발표하여 한 번에 각광을 받았다.

형상기억 합금은 일정의 온도에서 변형된 후, 그 이상의 온도를 가하면 원래대로 되돌아가는 특성이 있다. 다만, 지금까지는 재료에 티탄 및 니켈, 동과 같은 무거운 금속을 사용하는 경우가 많아, 마그네슘과 같은 가벼운 원소가 주체인 합금은 없었다. 고가와 씨가 만든 형상기억 마그네슘 합금은 기존의 약 3분의 1의 무게. 과제였던 가공성이 낮은 점도 개선되었다.

마그네슘은 독성이 적어 체내에 분해되기 때문에 의료 및 생체재료에도 응용할 수 있다. 형상이 기억되면「좁아진 혈관을 넓히는 의료기기의 스텐트 등에도 사용할 수 있다」라고 그녀는 보고 있다. 항공 우주 분야에서도 경량화를 통해 대폭적인 비용 억제로 이어질 수 있는 인공위성 등에도 활용할 수 있다.

고가와 씨가 개발에 성공한 것은 도호쿠(東北)대 대학원에 재적했을 때이다. 마그네슘 합금에 형상기억의 특성을 가지게 하기 위해 히토류인 스칸지움을 섞는 등의 고안을 했다. 스칸지움은 지금까지의 데이터로부터「결정구조를 바꾸는 움직임이 있다」라고 판단, 최적의 조성을 찾는 실험을 1년정도 지속했다.

마그네슘 합금의 결정구조는 통상, 육방주의「육방 최밀 구조」이지만, 스카지움을 추가하면 육방체의「체심 입방 구조」로 바뀐다. 일정의 비율로 첨가하면「멀텐사이트 변태」로 불리는 현상이 일어나, 형상기억 특성을 발휘한다는 것을 깨닫게 되었다. 섭씨 마이너스 150도로 차갑게 만들어 힘을 가해 변형시킨다. 같은 온도인 상태에서 힘을 빼면 원래의 상태로 돌아갔다. 기존의 마그네슘 합금에 비해, 잘 늘어나는 등의 가공성을 개선했을 뿐만 아니라, 강도 및 내열성도 뛰어나다.

원래 대학에서는 산화물을 연구하고 있었으나,「벽에 부딪쳤다」. 박사과정에서는 연구 테마를 마그네슘의 변경했다. 당시, 마그네슘 합금의 가공성 및 강도를 높이는 연구는 그것 외에도 있었지만「형상기억 특성을 가졌다고 생각하지는 못했다」라고 회상했다.

성과가 나왔다고는 하지만, 형상기억 마그네슘 합금은 아직 연구 과정 중에 있다. 지금은 섭씨 마이너스 100도 이하의 저온에서만 형성을 기억할 수 있다. 실용화에는 실온에서 특성을 발휘할 필요가 있다. 향후 더욱 조성을 바꾸는 등으로 개선을 도모하고 있다.

사이언스지(誌)에 성과가 기재된 작년 7월, 고가와 씨는 우수한 업적을 올린 젊은 여성과학자에게 주는「로레알 유네스코 여성과학자 일본장려상」에 선정되었다. 공학분야에서 활약하는 여성 연구자는 아직 많지 않은 관계로 더욱 비약할 수 있도록 그녀에게 거는 기대가 크다.

어릴 적부터 만들기와 수공예가 좋았던 고가와 씨는「재료는 사물의 성능을 결정하는 저력을 가지고 있다. 나도 사람들에게 도움이 되고 싶다」라고 스스로 정한 길을 향해 자신 있게 전진한다.

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