다이아몬드보다 1.6배 강한 탄소물질 개발

미국 노스캐롤라이나주립대
탄소에 레이저 쏘인 '큐탄소'


[ 박근태 기자 ] 다이아몬드는 자연에서 얻은 물질 중 가장 단단한 것으로 손꼽힌다. 과학자들이 탄소를 가공해 다이아몬드보다 더 단단한 물질을 개발하는 데 성공했다.

미국 노스캐롤라이나주립대의 연구진은 비(非)결정성 탄소에 눈 깜짝할 순간인 200나노초(1나노=10억분의 1)간 레이저를 쏴 ‘큐(Q)탄소’(사진)라는 더 밝고 단단한 다이아몬드를 만들었다고 국제학술지 응용물리학저널(1일자)에 발표했다.

이 물질은 탄소로 이뤄졌지만, 흑연도 다이아몬드도 아닌 제3의 특성을 갖는다. 연구진은 매우 짧은 시간에 강력한 레이저 빛을 탄소에 집중시켜 결정 크기를 점점 키울 수 있는 ‘씨앗 물질’을 얻었다. 레이저 노출시간은 200나노초밖에 안 되지만, 빔의 온도는 3700도에 이른다. 천연 다이아몬드 생성에 필요한 온도의 2배가 훨씬 넘는다. 그런 뒤 이를 급속히 냉각시키면 지구 상에 존재하지 않는 독특한 구조와 특성의 결정체가 생성된다. 현재 기술로는 15분에 200㎎을 얻을 수 있다고 연구진은 밝혔다.

이렇게 만들어진 큐 탄소는 다이아몬드보다 1.6배 더 단단하고 조도가 어두운 조명에서도 더 밝게 빛나는 특징이 있다. 또 철·니켈·코발트처럼 영구자석을 만드는 재료와 비슷한 자기적 성질을 띠고 있다. 연구진은 더 밝고 선명한 전자 디스플레이나 약물을 주입하는 다이아몬드 나노 바늘, 마이크로 바늘 등 산업과 의료용에 활용할 수 있다고 전망했다. 제이 나라얀 교수는 “이 물질이 자연에서 아직 발견되지 않았지만, 지구 깊숙한 핵 부근에서 존재할 가능성이 있다”고 말했다.

과학자들은 다이아몬드보다 강한 물질을 개발하는 연구를 계속해왔다. 미국 워싱턴주립대 연구진은 2007년 주석(Sn)과 티탄산바륨(BaTiO₃)을 섞어 지금까지 가장 단단하다고 알려진 다이아몬드보다 더 단단한 물질을 만들었다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com




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