IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 이영희 나노구조물리연구단 단장 연구팀이 투과전자현미경을 이용해 2차원 이황화몰리브덴에서 일어나는 균열을 나노미터 단위에서 관측했다고 18일 밝혔다.

균열은 재료의 파괴 신호로 외부 자극을 받은 물질 내에서 무질서하게 생긴다. 물질의 균열은 크게 연성 균열과 취성 균열로 나뉜다.

연성 균열물질은 플라스틱이 대표적이다. 힘을 가하면 수 마이크로미터 이상 늘어난 후 균열이 생긴다. 반면 취성 균열물질은 힘을 가한 즉시 늘어나지 않고 균열이 발생한다. 대표적 물질은 세라믹이다. 

그동안 나노미터 크기 이상의 물질에서 일어나는 균열은 연속체 이론과 밀도·경도 등 물리적 요소들로 설명이 가능했다. 하지만 최근 소재 연구가 나노미터 영역으로 확대되면서 연속체 이론으로 균열 현상을 설명하기 힘들어졌다.

연구팀은 취성 균열하는 2차원 이황화몰리브덴에 힘을 가하면 물질이 늘어나며 변형하는 전위현상이 생긴다는 사실을 밝혀냈다.

투과전자현미경 전자빔으로 자극한 부위에 생긴 전위는 5나노미터 이내의 영역까지 늘어난 후 균열이 생겼다. 균열은 수 나노미터마다 120° 방향전환을 지속했다. 산화된 시료의 경우 늘어나는 영역이 10나노미터까지 커졌다.

이영희 단장은 "이같은 현상은 기존의 균열로 단정할 수 없는 중간적 현상으로 연속체 이론으로는 설명이 불가능하다"라며 "따라서 실험 결과를 분석해 나노 영역 균열 현상을 설명할 새로운 이론 정립이 필요한 상황"이라고 말했다.

그는 "2차원 물질 균열 현상은 기존 3차원 물질 균열과는 근본적으로 달라 기존 연속체 이론 수정이 불가피하다"라며 "이러한 현상을 설명할 수 있는 새로운 이론 정립을 위한 후속연구를 진행 중"이라고 덧붙였다.

이번 연구성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 18일자로 게재됐다.