액체 금속(liquid metal)은 액체 상태의 금속, 또는 상온 근처에서 액체 상태를 유지하는 금속 및 금속 합금을 가리킨다. 열전도도와 전기전도도가 같은 온도의 다른 액체에 비해 우수한 것이 특징이다.
대표적인 액체 금속
실온(약 20~25°C)에서 유일하게 안정적인 액체 원소 금속은 수은(Hg)으로, 녹는점이 −38.8°C이므로 상온에서 액체 상태를 유지한다. 그 외에 실온 바로 위의 온도에서 녹는 원소 금속으로는 세슘(Cs, 녹는점 28.5°C), 갈륨(Ga, 녹는점 30°C), 루비듐(Rb, 녹는점 39°C)이 있다. 방사성 금속인 프란슘(Fr)도 실온에 가까운 온도에서 액체 상태가 된다. 이론적으로는 방사성 금속인 코페르니슘(Cn)과 플레로비움(Fl)도 실온에서 액체 상태일 것으로 예측된다.
합금의 경우, 공융(共融) 조성을 형성하면 구성 금속 각각의 녹는점보다 낮은 온도에서 액체가 될 수 있다. 전통적으로 수은이 액체 합금의 표준 재료였으나, 독성과 증기압 문제로 인해 최근에는 갈륨 기반 합금(Galinstan 등)이 대체 재료로 널리 사용되고 있다.
특성
액체 금속은 일반적인 액체(물, 오일 등)에 비해 열전도도와 전기전도도가 매우 높다. 또한 표면 장력이 크고 점도가 낮은 편이며, 유동성을 가지면서도 금속 고유의 전기적·열적 특성을 유지한다. 갈륨 기반 합금은 수은에 비해 독성이 낮고 증기압이 낮아 취급이 상대적으로 안전하다.
응용 분야
- 열 인터페이스 재료(Thermal Interface Material, TIM): CPU, GPU 등 고성능 반도체 소자의 방열을 위해 서멀 구리스(thermal grease)를 대체하여 사용된다. 액체 금속은 열전도율이 매우 높아 칩과 방열판 사이의 열 저항을 크게 낮춘다.
- 냉각재: 원자로나 고온 동력 기관의 냉각재로 나트륨, 리튬, 나트륨-칼륨 합금(NaK) 등이 사용된다.
- 전자 기기: 유연한 전자 회로, 스트레처블 디스플레이, 자가 치유 회로 등 차세대 전자 소자 개발에 활용된다.
- 비정질 합금(Amorphous Alloy): 일부 문맥에서는 급속 냉각을 통해 비정질 구조를 형성한 고강도 금속 합금을 '액체 금속(Liquidmetal®)'이라는 상표명으로 부르기도 한다. 이는 액체 상태에서 제조 공정을 거친다는 점에서 유래한 명칭이나, 실제 사용 시에는 고체 상태이다.
어원
'액체 금속'이라는 용어는 문자 그대로 '액체 상태의 금속'을 의미한다. 영어 'liquid metal' 역시 동일한 개념에서 비롯되었다. 한편, 미국의 액체금속 기술 회사인 Liquidmetal Technologies, Inc.가 개발한 비정질 합금의 상표명(Liquidmetal®)으로도 사용되어, 일반 명사와 상표명이 혼용되는 경우가 있다.
