잘 휘어지지만 강도는 더 세진 금속이 개발됐다. 지난 21일 재료연구소는 “이상적인 강도에 가장 근접하면서 중동이나 극지방, 심지어 달에서 구부려도 원상태로 복원되는 고감도 플렉서블 메탈을 개발하고 시제품 생산에 성공했다”고 밝혔다.  
연구소 타이타늄연구실 박찬희·염종택·홍재근 박사팀이 개발한 이 고감도 플렉서블 메탈은 탄성이 좋아 잘 휘어지고 금세 원래대로 돌아오는데 부식에도 잘 견디고, 생체친화적이라 알레르기 반응을 일으키지 않는다.
아울러 별도의 장비 없이 이미 구축돼 있는 일반 금속 제조 설비를 이용해 대량 생산할 수 있다. 일반 고강도 금속이 고온에서 성형되는 데 반해, 상온에서 자유자재로 성형할 수 있어 부품화 비용을 줄일 수 있다.  
연구소에 따르면 이 고감도 플렉서블 메탈은 독특한 원자 구조를 갖는다는 것이다. 즉, 일반적인 금속은 강도가 높아지면 원자 단위 내부에 결함이 많이 생겨 조금만 구부려도 부러지는데, 이상적인 강도에 가까워지면 강도가 높아져도 내부결함이 없어 잘 휘어진다.  
이번에 개발된 고감도 플렉서블 메탈이 이런 물성을 가졌고, 이상적인 강도의 70% 수준까지 올라가 일반 금속보다 손쉽게 수십 배 이상 잘 휘어진다는 것이 연구소 측의 설명이다. 따라서 이를 스마트폰 케이스에 적용하면 무게 및 두께를 5g 및 0.1㎜로 줄일 수 있다.  
이로써 초(超)경량화, 초(超)슬림화가 요구되는 스마트 기기에 적합한 이 특수금속은 극심한 온도 변화에도 안정적이어서 영상 50℃ 이상 올라가는 중동지방이나 70℃ 이하로 떨어지는 극지방에서도 사용이 가능하다.  
박찬희 박사는 “고감도 플렉서블 메탈의 개발은 이상적인 강도에 근접한 다양한 금속을 얻을 수 있는 무궁무진한 가능성을 연 것”이라고 말했다.  
강한 금속이지만 구부러지는 성질을 갖는 이 플렉서블 금속의 대명사가 바로 형상기억합금이다.  

체온을 기억하는 금속

1960년대 미 해군연구소의 뷸러는 니켈과 티타늄을 합쳐서 만든 니티놀(Nitinol)이란 금속을 발견했다. 니티놀은 니켈과 티타늄을 1:1의 원자수 비로 섞어 만든 합금이다. 이 니티놀은 온도가 변하면서 결정구조가 변하는 독특한 성질을 가지고 있다.  
온도가 낮을 때의 니티놀 원자 구조는 쉽게 변할 수 있는 반면 온도가 높을 때의 니티놀 원자 구조는 더 단단해서 변하지 않는다. 따라서 온도가 낮을 때는 어느 모양으로 구부려도 구부러진 모양 그대로 있는 반면 온도가 가해지면 원래 형태로 돌아가고 다시 변형되지 않게 된다.  
전문가들은 “이 금속의 비밀은 결정 구조에 있다”고 말한다. 결정 구조는 각각의 특성 형태와 각을 가진 수백만 개의 결정 단위의 반복으로 내부 구조가 형성돼있다.  
대부분의 금속합금은 어느 정도 온도가 변해도 크게 영향을 받지 않는 내부 구조를 가지고 있다. 열을 가해 주면 단지 그 성분 원자가 더 빠르게 진동해 외력을 가해 구부리거나 형태를 변화시킬 수는 있으나 분자 구조가 변하지는 않는다.  
반면에 형상기억합금은 온도에 따라 변하는 두 개의 안정된 결정 구조를 갖고 있다. 즉, 온도 변화가 하나의 결정 구조를 다른 결정 구조로 바뀌게 하는 것이다.  
전문가들에 따르면 이런 변화가 일어나는 임계 온도는 합금 금속의 성분과 종류에 따라 달라진다. 니티놀은 -400℉(-240℃) 에서 212℉(100℃) 까지 넓은 온도 영역에서 모양을 기억하는 효과를 나타낼 수 있는 것으로 알려졌다.  
이러한 니티놀은 고온에서 주사위 모양으로 8개의 모서리와 6개의 면의 중심에 원자가 배열되어 있는 형태를 띤다. 이를 냉각하면 특정한 온도에서 원자배열이 바뀌면서 형상기억 효과를 갖게 된다.  

무궁무진한 형상기억합금의 용도  

일반적인 금속재료의 경우, 외력이 가해져 변형이 일어나도 외력을 제거하면 원래의 형상으로 되돌아간다. 하지만 변형이 탄성영역을 지나면 소성변형이 발생하고 이는 외력을 제거해도 원상태로 되돌아가지 않는다.  
하지만 형상기억합금에서는 탄성영역을 넘어서는 외력이 작용, 소성변형에 상당하는 변형이 남는데 이 변형은 가열함에 따라서 원래의 상태로 되돌아온다. 즉 이 합금은 일단 어떤 형상을 기억하면 여러 가지 형상으로 변형시켜도 적당한 온도로 가열하면 변형전의 형상으로 되돌아오는 성질이 있다.  
일례로, 과거에 치아교정 치료기는 와이어와 브래킷으로 연결된 교정장치를 묶어 주기 위해 고무링이나 가는 철사를 이용하는데 이로 인해 치아의 이동속도가 느려지고, 치아를 움직이는데 더 많은 힘이 필요해 통증을 유발했다.  
그러나 이 교정 장치에 형상기억합금이 쓰이면서 바뀐 상태로 입 안에 넣어도 체온에 의해 원래 형상으로 돌아가면서 치아를 단단히 묶어 주는 역할을 한다. 이로써 교정기를 끼울 때의 통증이 사라지고, 시간이 지나도 원래대로 그 모습을 유지하게 된다.  
형상기억합금이 처음 적용된 것은 1969년 아풀로 11호의 통신안테나 였는데, 발사 당시에는 접혀져 있다가 달 표면에서 적당한 온도가 되면 저절로 펴지게 만들었다.
80년대 이후 직선 모양으로 기억시켜 놓아 아무리 구부려도 다시 펴지는 ‘휴대폰 안테나’, 밟아도 걱정없는 ‘안경테’에도 형상기억합금이 쓰였다.
사람 손 모양과 체온을 기억했다가 가장 편안한 상태로 변형되는 형상기억합금 PC 마우스도 국내에서 출시됐다.
현재 형상기억합금의 용도는 무궁무진한 것으로 알려졌다. 각종 온도 차이를 이용한 개폐장치, 형상기억합금을 이용한 새로운 동력장치 등의 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 이에 최근에는 형상기억 플라스틱도 나오는 실정이다.