액체금속 고체될 때 ‘순간 온도’ 포착했다

국내 연구진, 세계 최초로 성공… ‘액상선 온도’ 정확하게 측정

최근 국내 연구진이 액체 상태의 금속이 고체 상태로 응고하기 시작하는 순간의 온도, 즉 이론상으로만 존재했던 금속 고유의 ‘액상선 온도’를 실제로 측정하는 데 세계 최초로 성공했다. 향후 국제온도표준(ITS-90)을 개선하는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.

정욱철 한국표준과학연구원 책임연구원 (사진) 연구팀은 표준과학 분야 국제학술지 ‘메트롤로지아’ 4월 4일자에 이런 연구 결과를 담은 논문을 발표했다.

우리가 사용하는 온도 값은 1990년 국제도량형위원회가 섭씨 영하 259.3467도부터 영상 961.78도 사이의 표준온도를 정의한 ITS-90을 따른다. ITS-90은 특정 물질의 고유한 상변화 온도 측정값을 기준 온도로 두고, 두 기준 온도 사이의 값은 수식을 통해 결정한다.

그러나 모든 물질은 100% 순수하지 않고 불순물이 섞여 있어 상변화 중에 계속 온도가 변하는 한계가 있었다. 특히 고온에서는 정밀한 온도 제어가 어려워 액상선 온도는 측정 불가능한 값으로 여겨졌다. 정 연구원은 “기존에는 액체 상태의 금속을 식히거나 고체 상태의 금속에 열을 가해 녹이면서 측정해 액상선 온도의 근삿값을 기준 온도로 사용해야만 했다”고 말했다.

연구진은 상대적으로 쉽게 조절할 수 있는 압력으로 온도를 제어해 액체 상태의 금속이 응고하기 시작하는 순간 냉각을 멈출 수 있는 기술을 독자 개발하고, 이를 이용해 주석의 액상선 온도(231.928도)를 정확하게 측정했다. 그 결과 ITS-90의 주석 기준 온도는 213.928도보다 0.00095도 더 높은 것으로 밝혀졌다. 정 연구원은 “국제적으로 용인될 수 있는 오차 범위를 넘어선다. 향후 ITS-90 개정에 참여할 계획”이라고 밝혔다.

송경은 동아사이언스 기자 kyungeun@donga.com