내열유리부터 스마트유리까지, 유리의 모든 것

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유리는 지구에서 두 번째로 풍부한 원소인 규소(Si)로 만들어진다. 규소는 모래, 화강암, 점토, 규산염 등 다양한 암석에 포함되어 있으며, 주로 모래의 주성분인 산화규소(SiO₂) 형태로 존재한다. 모래는 1,700℃ 이상의 고온에서 액체로 변하며, 이 과정에서 규소를 추출해 유리를 만든다.

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단단하면서 빛을 잘 투과하는 특성 덕분에 약 5000년 전부터 인류가 사용해왔다. 오늘날에도 유리 제조 공업은 필수적인 산업이다. 유리 제조 시 소다(나트륨)와 석회석을 혼합하면 녹는 온도를 약 900℃로 낮출 수 있어 연료비를 절감할 수 있다.

유리의 색은 혼합된 원소에 따라 달라지며, 코발트는 푸른색, 망간은 자주색, 크롬과 철은 녹색 유리를 만든다. 반면 투명한 유리를 만들기 위해서는 철분의 푸른색을 상쇄하기 위해 셀레늄을 혼합한다.

 

 

 

고열에도 멀쩡, 내열유리의 비밀

내열 유리는 높은 온도 변화에도 깨지지 않는 특수 유리다. 일반 유리는 열팽창 계수가 높아 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하며 균열이 발생할 수 있지만 내열 유리는 열팽창 계수가 매우 낮아 극심한 온도 변화에도 안정성을 유지한다.

 

 

내열유리 조리 도구와 그릇을 제작하는 파이렉스의 빈티지 광고

 

 

19세기 독일의 유리 세공사 오토 쇼트가 산화붕소(B₂O₃)를 혼합해 내열유리를 처음 개발했다. 이후 내열 유리는 듀란, 코닝, 파이렉스 등으로 상품화되었으며, 오늘날에는 산화붕소 외에 나트륨, 칼륨, 칼슘을 혼합해 제작된다. 내열 유리는 실험기구뿐 아니라 요리용 유리 냄비, 전구, 형광등, 특수한 유리창 등 다양한 분야에서 사용된다.

 

 

 

유리의 진화, 산업 다방면에서 활약

스마트폰 화면, 자동차, 건축 외벽 등에 활용되는 강화 유리는 고온에서 가열 후 급속 냉각해 표면에 압축 응력을 형성하여 충격에 강하고 안전하게 부서지는 특성을 가졌다. 강화유리는 약 600~650℃로 가열한 뒤 급속 냉각하는 과정을 거치는데 이때 표면은 먼저 굳어 압축 응력이 생기고, 내부는 천천히 식으며 인장 응력을 받는다. 이 두 응력이 균형을 이루면서 유리는 외부 충격과 열 변화에 강한 특성을 가지게 된다.

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저철분 유리는 철분 함량을 최소화하여 기존 유리보다 투명도가 뛰어난 고급 유리다. 일반 유리가 미량의 철분으로 인해 녹색빛을 띠는 반면, 저철분 유리는 녹색빛을 제거하거나 크게 감소시켜 맑고 선명한 투명도를 제공한다. 이를 위해 철분 함량이 적은 순도 높은 모래(실리카)를 원료로 사용하며, 유리 용해 과정에서 철분을 제거하는 추가적인 화학 처리와 정제 과정을 거친다.

 

 

 

 

완성된 저철분 유리는 건축, 태양광 패널, 진열장, 고급 가구와 장식품 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히 고급 건물의 외벽과 대형 창문에서는 자연광 활용도를 높이고, 태양광 패널에서는 빛 투과율을 극대화하며, 전시용 진열장에서는 전시물의 색상과 디테일을 왜곡 없이 보여주는 데 적합하다.

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컬러 유리는 코발트, 망간, 크롬 등 특정 원소를 혼합해 다양한 색을 구현하며, 스테인드글라스와 장식용 유리로 사용된다.

 

 

 

 

광섬유는 빛을 전송하는 데 사용되는 특수 유리다. 내부의 높은 굴절률과 외부의 낮은 굴절률로 빛을 효율적으로 전달해 인터넷 통신, 의료용 내시경, 조명 기술에 이용된다.

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방탄 유리는 강화 유리와 플라스틱을 적층해 충격을 분산시키는 구조로, 군용 차량과 은행 창문 등에서 중요한 역할을 한다.

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스마트 유리는 외부 자극에 반응해 투명도나 색상을 변화시키는 첨단 유리로, 기술적 원리에 따라 전기변색 유리, 액정 디스플레이 유리, 광변색 유리, 열변색 유리로 구분된다. 전기변색 유리는 전압을 가하면 유리 표면의 물질이 변색하거나 투명해지며, 주로 건축물의 창문과 사무실 칸막이에 사용되어 에너지 효율과 프라이버시를 동시에 제공한다.

 

 

 

 

액정 디스플레이 유리는 유리 사이에 삽입된 액정 입자가 전압에 따라 배열을 바꿔 투명도를 조절하며, 반응 속도가 빠르고 병원, 가전제품 등에 활용된다. 광변색 유리는 자외선과 같은 빛에 반응해 색이 변하고, 주로 선글라스나 자동차 창문에 사용되어 햇빛 차단 효과를 제공한다.

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열변색 유리는 온도 변화에 따라 색과 투명도가 달라져, 실내 온도 조절 및 에너지 절감에 유용하다. 이러한 스마트 유리는 건축, 자동차, 헬스케어, 가전제품 등 다양한 분야에서 활용되며, 에너지 효율, 프라이버시 보호, 첨단 디자인이라는 강점을 통해 편리함과 효율성을 높이는 데 기여하고 있다.

 

 

 

장수하는 사람, 성격적 특징 따로 있다