지구상에 존재하는 금속 원소 중 가장 가벼운 것은 비중 0.53g/㎤의 리튬(Li)이다. 철(Fe)의 비중은 7.8g/㎤로 순수한 물(1g/㎤)보다 7.8배 크고, 대표적인 경금속인 마그네슘(Mg)과 알루미늄(Al)의 비중도 각각 1.74g/㎤와 2.7g/㎤로 물보다 크다. 즉 대부분의 금속은 물에 가라앉는다.

스펀지 금속이란?
하지만 최근 물에서도 뜰 수 있는 새로운 금속 소재 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 일명 스펀지 금속이라 불리는 ‘발포 알루미늄’이 대표적인데, 이것은 뻥튀기나 식빵의 제조원리와 비슷한 방식으로 만들어진다. 알루미늄 안에 달걀처럼 끈적끈적한 점증제를 넣어 점도를 높인 뒤 베이킹 파우더 역할을 하는 발포제를 넣으면 발포제에서 가스가 나와 금속이 빵처럼 부풀어 오르면서 스펀지 같은 금속으로 뻥튀기 되는 것이다. 이렇게 만들어진 다공성 소재는 원래의 금속 재료와 비교할 때 매우 작은 비중의 값을 가진다. 현 기술 수준에서의 발포 알루미늄 시제품 비중은 0.2g/㎤~0.4 g/㎤로 알루미늄 비중의 1/10 수준이다.

                          <그림1> 발포 알루미늄의 모양과 미세조직도

건축재로부터 우주항공분야까지 사용분야도 넓어
이렇게 만들어진 스펀지 금속은 경량 소재라는 특징 외에도 에너지 흡수 능력이 탁월하고, 열이나 전기에 대한 전도성은 감소하여 기존 소재 대비 광범위한 응용이 가능하다. 실제로 발포 알루미늄의 경우, 건축물의 경량 구조재 및 방음재로 사용되고 있으며, 자동차 범퍼 같은 충격 흡수재로의 개발도 활발히 진행 중이다. 그리고 통상 200℃ 이상의 내열성을 요구하는 우주항공 분야에도 적용이 가능한 것으로 판단되고 있다. 또한 스펀지 금속은 폐기 과정에서도 인체에 유해한 물질 발생이 없어 친환경 소재로도 주목을 받고 있다.

  <그림2> 발포 알루미늄으로 만든 절연재

 
80년대 후반부터 연구가 활발히 진행
특허청의 최근 발표자료에 의하면, 전세계적으로 발포 금속 분야의 특허출원은 1988년부터 꾸준한 증가 추세를 보이고 있는데, 특히 한국과 미국이 증가하는 경향을 나타내고 있다고 한다. 그리고 가장 많은 특허출원을 한 일본도 1999년 이후로 일정한 수준을 유지하며 지속적으로 특허출원을 하고 있다고 한다.

특허 유형별로는 소재 및 제조방법에 관한 출원이 응용 및 활용부품에 관한 출원에 비해 상대적으로 많고, 응용 및 활용부품에 있어서는 열전달 매개용과 자동차 충돌부재에 적용되는 에너지 흡수용과 경량구조용으로 집중되고 있다고 한다. 이는 아직까지는 스펀지 금속에 대한 기술이, 많은 부분에서 상용화 단계까지는 이르지 못한 상태지만 기술선점을 목적으로 연구가 활발히 진행되고 있는 것으로 해석할 수 있다. 최근 환경이슈 부각에 따른 차량 경량화 논의와 함께 자동차 안전규제가 강화됨에 따라 스펀지 금속에 대한 연구와 그 활용범위는 지속적으로 증가할 전망이다.