다이아몬드 가격 내려가겠네요 국내 연구진 다이아몬드 상압 합성 성공

세계 최초 1기압에서 다이아몬드 생산 성공

우리나라의 연구기관인 기초과학연구원(IBS)에서 세계 최초로 상압(1기압)에서 다이아몬드를 제작했습니다. (다차원 탄소재료 연구단)

다이아몬드는 일반적으로 초고압(대기압의 5만배), 고온에서 만들어진다고 알려져 있는데요. 그렇기 때문에 고온, 고압을 가할 수 있는 특수장비가 필요하고 전기도 많이 필요합니다.

 

 

우리나라 연구진이 평상 기압인 1기압에서 다이아몬드를 만들어냈습니다. 액체금속인 갈륨(77.75%)에 니켈(11%), 철(11%), 실리콘(0.25%, 규소)을 가열장치에 넣어 1,025도까지 가열하여 액체 합금을 만든 상태에서 메탄(탄소, 수소)기체를 주입하면 2시간 30분 후 5mm의 다이아몬드가 만들어지는 것을 확인하였습니다.

다이아몬드 핵에 탄소가 붙어 다이아몬드 필름이 만들어지는 과정(출처: 기초과학연구원)

 

이번 제작에 사용하기 위해 수 초 만에 가열 및 냉각이 가능한 ‘RSR-S’라는 특수장치를 자체 개발하였으며, 5mm 크기의 다이아몬드를 만드는 데 드는 비용은 1만원도 안 되는 금액으로 제작이 가능하다고 합니다.

만들어진 다이아몬드는 ‘2차원 X선회절분석’과 ‘투과전자현미경’ 등을 통해 다이아몬드의 결정성을 분석하여 다이아몬드의 특성인 탄소로 이루어진 결정성을 확인하였습니다.

다양한 조건에서 만들어진 여러 형태의 다이아몬드(출처: 기초과학연구원)

 

 

다이아몬드에서 양자특성 발견

이번 실험에서 또 다른 발견을 하였는데요. 다이아몬드 제작 중 실리콘을 조금 더 넣으면 합성된 다이아몬드에서 양자 현상(양자적인 특성)을 띈다는 것을 확인하였습니다. ‘광 발광 분광법’이라는 실험으로 다이아몬드에 빛을 쏘아 방출되는 빛의 파장을 분석해 다이아몬드 결정 사이에 실리콘이 불순물처럼 껴 있는 구조(실리콘 공극 컬러 센터 구조)를 확인하였습니다. 새로 발견된 이 기술을 사용하여 양자반도체나 양자컴퓨터, 양자센서 등의 개발이 가능할 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 국제학술지 네이처(4월 24일)에 개재되었습니다.(https://nature.com)

 

 

다이아몬드는 천연광물 중 가장 강도가 높고 자연에서 구하기 어려워 가격이 비쌉니다. 또한 구리보다 열 전도성이 우수하고 초전도체로 활용됩니다.

다이아몬드를 만들기 위해 필요한 고압을 넣어주는 장치가 필요 없기 때문에 대형 다이아몬드를 쉽게 만들 수 있게 되었는데요. 이번 연구 결과로 가까운 미래에 상압 제작 다이아몬드가 상용화되면 다이아몬드의 가격은 내려가고 대형 다이아몬드의 제작이 가능하여 다양한 산업과 과학기술에 활용될 것으로 예상됩니다.