한림대 나노융합스쿨 고재현교수의 글입니다.
유리 위로 사람이 뛰어 착지하면 압력을
받은 곳을 중심으로 유리가 눌리며 휘어진다.
이때 눌린 곳을 중심으로 유리는 양쪽으로
늘어나는데 특히 바깥쪽이 제일 심하게 늘어난다.
유리가 감당하는 한계를 초과해 늘어나면
유리는 부서지고 만다.
겉으론 매끈하게 보여도 유리 표면에는 작은 흠이
많이 존재한다. 충격이 가해지면 이 흠집을 중심으로
파손이 발생한다. 유리를 강화시키는 관건은 결국
유리가 깨지는 인장 강도를 어떻게 강화할 것인가에
놓인다.
강화유리의 제조 과정을 보자.
일반 유리를 고온으로 올려서 부드럽게 만든다.
온도가 올라가면 물체는 팽창하기 마련이다.
평편한 유리의 양면에서 차가운 공기를 불어 온도를
낮추면 찬 공기가 닿는 표면의 유리는 빨리 수축하고
상대적으로 뜨거운 내부의 유리는 표면에 비해
팽창한 상태를 유지하며 식는다. 즉 양 표면의 수축된
유리가 내부의 팽창된 유리를 감싸는 형국이다.
단단하게 압축된 표면엔 결함도 별로 없고
충격에 대한 강도도 높아 일반 유리보다 4~5배
이상 강한 충격에 견딜 수 있다.
가령 표면이 5 정도로 늘어나야 깨지는데
마이너스 20 정도로 수축된 표면은 깨질 때까지
25 정도의 여유가 생긴 것이다.
이렇게 비유해 보자. 경찰과 대치한
시위대는 대개 전면의 사람들이 스크럼을 짠다.
이들은 팔과 팔을 단단히 끼고 간격을 좁혀
시위대를 보호한다. 하지만 스크럼 안쪽의 시위대는
부글부글 끓으며 언제라도 뛰쳐나가려는
활발함으로 가득 차 있다.
이것이 강화유리에 대한 적당한 비유가 된다.
일반 유리는 시위대 모든 인원이 비슷한
간격으로 적당히 서 있는 상태로 비유된다.
경찰의 진압이 어느쪽이 더 쉬울까?
강화유리가 외부 충격에 강한 이유도
비슷한 맥락으로 이해할 수 있다.
일반 유리가 깨졌을 때
강화 유리가 깨졌을 때
충돌시 날카롭고 큰 조각으로 깨지는 일반 유리와 달리
강화유리는 자잘하고 뭉툭한 조각들로 파손되어
신체에 큰 위협이 되지 않는다.
얇은 강화유리를 만들 때는 표면 냉각법 대신
유리 표면의 이온을 치환해서 동일한 효과를 낼 수 있다.
스마트폰의 스크린 유리, 최근 인기를 끌고 있는
폴더블폰의 화면 역시 이런 강화유리를 활용해
접힐 때의 충격을 감당한다.
이제 전자 제품이나 건축물의 얼굴 역할을 넘어
다양한 첨단 스마트 기능까지 담당하며
때론 자유롭게 휘어지기도 하는 유리의
다음 변신이 기대된다.
아이들의 호기심 해결을 위한 글들은
일정기간 후 커뮤티니 → 놀이스쿨 → 과학
코너로 옮겨집니다.
