합성 다이아몬드를 15분 안에 만들 수 있다고?

다이아몬드는 보석뿐만 아니라, 자동차, 광산, 음향 장비 등 다양한 산업에서도 활용되고 있습니다. 그러나 자연 다이아몬드 채굴은 오랜 시간 동안 노동 착취와 환경 문제와 관련되어 있어 윤리적인 문제가 제기되어 왔습니다. 이에 대한 대안으로 실험실에서 만든 합성 다이아몬드가 등장했습니다.하지만 이러한 합성 다이아몬드를 만드는 과정은 시간이 오래 걸리고 특정한 조건이 필요합니다. 그러나 최근 과학자들이 새로운 기술을 통해 정상 대기압에서 다이아몬드를 합성하는 데 성공하였습니다.

 

 

 

자연 다이아몬드는 지구의 맨틀, 즉 지표면 아래 수백 마일 깊이의 뜨거운 지역에서 형성됩니다. 이곳에서는 온도가 약 3700도 섭씨까지 올라가고, 압력은 대기압의 수천 배에 달합니다. 이런 조건에서 탄소 원자들은 매우 강하게 압축되어 서로 결합하게 되고, 이 결합이 다이아몬드를 형성합니다. 하지만 이런 환경을 재현하기 위해 실험실에서는 고압 고온(HPHT) 방법을 주로 사용합니다. HPHT 방법은 액체 상태의 금속에 용해된 탄소를 작은 '씨앗'(과정을 유도하는 금속 또는 보석) 주위에 배치하여 다이아몬드로 변환하는 것입니다.

 

 

그러나 이 방법은 필요한 환경을 만드는 데 많은 자원과 시간이 필요하며, 다이아몬드 형성에는 보통 일주일에서 이주일 정도 걸립니다. 게다가 이 과정에서 생산된 다이아몬드의 크기는 최대 약 1세제곱 센티미터에 불과합니다.

 

그러나 한국 기초과학연구원의 물리화학자 로드니 루오프 박사가 이끄는 연구팀이 새로운 방법을 개발하여 그 결과를 네이처(Nature) 저널에 발표했습니다. 이 방법을 통해 연구팀은 정상 대기압에서 다이아몬드를 생산할 수 있었을 뿐만 아니라, 시간을 15분으로 단축시키는 데 성공했습니다.

 

 

 

연구팀은 9리터 용기를 사용하여 실험을 진행했습니다. 이 과정에서 갈륨, 니켈, 철 혼합물에 약간의 실리콘을 첨가하면 다이아몬드 성장에 이상적이라는 것을 발견했습니다. 이는 갈륨이 메탄으로부터 순수한 탄소인 그래핀을 형성할 수 있다는 이전의 발견을 기반으로 합니다. 그래핀은 탄소 원자가 육각형의 격자로 배열된 얇은 막입니다. 실제로 이 혼합물을 사용하여 연구팀은 단 15분 만에 다이아몬드를 합성하는 데 성공했습니다.

 

 

두 시간 반 내에 더 완전하고 순수한 다이아몬드 필름이 형성되었으며, 이 필름에는 몇 개의 실리콘 원자만 포함되었습니다. 그러나 이 과정은 여전히 개선이 필요합니다. 먼저, 이 기술로 생산된 다이아몬드는 HPHT 방법으로 생산된 것보다 크기가 훨씬 작아 많은 용도로는 적합하지 않습니다. 하지만 더 적은 자원과 에너지를 사용하여 다이아몬드를 생산할 수 있는 가능성은 인공 다이아몬드 생산을 크게 확대할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

다이아몬드의 새로운 합성 방법이 더 널리 사용되면, 이는 환경 보호와 윤리적인 문제 해결에 도움이 될 것입니다. 또한, 합성 다이아몬드의 생산 비용이 줄어들어 더 많은 사람들이 접근할 수 있게 될 것입니다. 연구팀의 다음 단계는 이 새로운 기술을 상업화하고, 더 큰 다이아몬드를 생산할 수 있는 방법을 찾는 것입니다. 앞으로 이 기술이 어떻게 발전할지 기대가 됩니다.

 

 

 VIA : mymodernmet