항공 분야에 잠재적으로 응용될 수 있는 나노결정질 금속 합금의 독성학적 평가

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 1523(2022) 이 기사 인용

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항공 분야에서 사용하기 위한 뛰어난 특성을 지닌 새로운 후보 합금의 개발은 해당 부문의 주요 우선순위 중 하나입니다. 이러한 맥락에서 나노결정질(nc) 합금은 뛰어난 물리적, 기계적 특성과 같은 특수한 특성으로 인해 관련 재료로 간주됩니다. 그러나 새로 개발된 합금에 대해 고려해야 할 또 다른 중요한 점은 이러한 재료가 인간 및 기타 살아있는 유기체에 미칠 수 있는 잠재적인 독성학적 영향입니다. 이 작업의 목적은 표준 입자 크기의 W-Cu 분말 혼합을 포함하여 다양한 시험관 내 분석을 적용하여 기계적 합금으로 생산된 분말 형태의 세 가지 NC 금속 합금(WCu, WAl 및 TiAl)에 대한 예비 독성학적 평가를 수행하는 것이었습니다. 비교를 확립하기 위한 실험에서. 분말 현탁액 및/또는 파생된 침출수에 대한 직접 노출의 영향은 인간 및 환경 노출을 대표하는 세 가지 모델 유기체(인간 선암 폐포 기저 상피 세포주 A549, 효모 Saccharomyces cerevisiae 및 그람 음성 박테리아 Vibrio fischeri)에서 분석되었습니다. ). 전체적으로, 얻은 결과는 선택된 nc 합금의 잠재적 유해 효과에 대한 새로운 통찰력을 제공하며, 독성학적 관점에서 nc TiAl이 테스트된 모델 유기체 및 조건에서 가장 안전한 후보임을 보여줍니다.

특정 합금의 경우 Gleiter1에 의해 처음으로 소개된 나노결정질(nc) 재료의 개념은 평균 입자 크기를 나노미터 단위로 나타내는 금속을 의미하며, 이 값은 100 nm 미만입니다. 이러한 재료가 갖고 있는 탁월한 기계적, 화학적, 물리적 특성은 과학계의 관심을 끌었으며, 이에 따라 NC 금속은 집중적인 학제간 연구의 대상이 되었습니다2,3,4,5,6. 이러한 재료가 갖고 있는 탁월한 특성 중 하나는 탁월한 촉매 및 열 특성뿐만 아니라 뛰어난 강도, 경도 및 향상된 내마모성7이며, 이 모든 특성은 특정 구조적 특성으로 인해 제공됩니다. 따라서 NC 합금의 사용은 항공우주 또는 항공 산업과 같이 이러한 특수 기능을 가진 재료의 적용이 필요한 분야에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

지난 몇 년간 이 분야에 존재하는 치열한 경쟁으로 인해 항공 응용 분야를 위한 신소재 개발은 이 부문의 주요 우선 순위 중 하나로 간주되었습니다8. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 광범위한 연구가 수행되었으며, 비용을 절감할 수 있는 재료를 찾는 노력을 기울이면서 어려운 조건(마모 및 부식 저항성, 손상 내성…)에 노출되었을 때 거동을 개선했습니다9, 10,11. 따라서 새로운 후보 합금을 개발하기 위한 원소 선택은 신중하게 고려해야 하는 중요한 단계입니다. 이러한 맥락에서, 다른 기존 절차12로는 녹이기 어렵거나 불가능한 원소의 조합을 허용하는 기계적 합금 기술은 새로운 합금 생산을 위한 관련 방법론으로 탁월합니다. 더욱이, 금속 나노재료의 경우, 합금화는 조대화가 억제되는 온도 범위를 상당히 확대시키는 것으로 입증되었으며, 이는 이러한 재료가 지속적으로 고온에 노출될 때 나타날 수 있는 해로운 효과 중 하나입니다4,13,14. 이와 관련하여, 몇몇 nc 금속 합금은 순수 금속 대응물과 비교하여 고온에서 향상된 동작을 보여주었습니다.

새로 개발된 합금이 관심 분야에서 사용되기 위해서는 뛰어난 기계적, 물리적 특성 외에도 인간과 환경의 안전성도 고려해야 합니다. 실제로, 생물 의학 또는 군사(의료 기기 제조, 탄약 제조 등)와 같은 다양한 분야에서 널리 사용되는 다양한 관련 금속 합금의 독성은 이미 시험관 내 및 생체 내 방법을 사용하여 평가되었습니다. 22. 그러나 지난 몇 년 동안 적층 제조 산업이 성장하면서 현재 금속 분말의 사용이 훨씬 더 널리 보급되었습니다. 금속 분말은 대량의 분말보다 독성이 더 강할 수 있으므로, 금속 분말의 품질 저하로 인한 침출 가능성도 고려하여 취급 및 관리와 관련하여 발생할 수 있는 결과에 대한 정보 제공이 매우 중요하게 고려되어야 합니다.