우리가 익숙하게 알고 있는 금강석은 자연계에서 가장 단단한 물질중 하나이다. 연구결과에 의하면 운석에서 발견된 륙각형 금강석은 일반 금강석보다 경도(硬度)가 더 높고 더 높은 가치를 가지고 있다. 그러나 고순도 륙각형 금강석의 인공합성은 줄곧 세계적인 난제였다. 우리 나라 과학가가 일전 100마이크로메터급 륙각형 금강석 합성에 성공했다. 이 연구결과가 일전 국제학술지 《자연》에 발표됐다.

금강석의 탄소 원자 배렬은 사면체 그물 모양이고 단단하고 마모성이 강해 ‘경도의 왕’으로 불린다. 하지만 이 구조는 약점도 가지고 있다. 어떤 평면은 일단 힘이 가해지면 쉽게 변위가 발생하고 미끌어지면서 그 강도가 제한을 받는다. 이에 과학가들은 구조가 더 정교하고 특성이 더 우수한 초강력 다이아몬드─륙각형 금강석에 주목했다.

륙각형 금강석의 형성 조건은 매우 까다롭다. 인공합성의 가장 큰 난점은 고온 고압에서 륙각형 금강석이 형성되는 에너지가 일반 금강석보다 높기 때문에 고온 고압 생성물은 주로 일반 금강석이고 륙각형 금강석을 얻어내기 어렵다는 점이다.

우리 나라 과학가들은 혁신적으로 흑연에서 륙각형 금강석에로의 전환방법을 제기했다. 통제 가능한 고온 고압, 준 정수압 조건에서 흑연 단결정을 압축 가열해 최종 고순도 륙각형 금강석을 얻어냈다.

“일반 금강석의 탄소 원자는 동일한 길이로 련결되여있다. 그러나 우리가 합성한 륙각형 금강석은 탄소 원자 사이에 두가지 부동한 길이가 존재하며 4분의 1의 ‘탄소─탄소’ 길이가 더 짧고 더 강하다. 이는 금강석의 밀집면이 미끄러지기 쉬운 약점을 극복했고 더 우월한 경도와 인성을 가지고 있다.” 론문 통신 저자인 양문혁이 하는 말이다.

론문의 제1저자이며 북경고압과학연구중심 연구원인 양류향은 고순도 륙각형 금강석의 합성은 두가지 관건기술 덕분이라고 소개했다. 첫째는 순도가 높고 불순물이 없는 천연 흑연 단결정을 선택해 더 높은 순도, 마이크로메터급 크기, 구조가 질서 있는 륙각형 금강석 견본을 얻어내는 데 도움이 되였다. 둘째는 적절한 탐지방법을 채용한 것이다. 연구인원들은 흑연 결정에 지속적으로 압력을 가하면서 고압 실시간 X선으로 견본의 변화를 관측함으로써 밀집면의 미끄러짐을 피해 최종 순수하고 변형되지 않은 륙각형 금강석 덩어리를 제작하는 데 성공했다.

“이번 연구는 향후 금강석과 같은 재료 연구에 방법론적 기반을 마련해주었다. 륙각형 금강석의 더 뛰여난 경도, 열전도성, 광학적 성능, 량자 특성 등으로 초경량 재료와 첨단전자 부품 개발에 새로운 길을 열어줄 것이다.” 고압물리학가이자 중국과학원 외국적 원사 모하광이 말했다.　

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