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다이아몬드보다 강한 인공 탄소




다이아몬드는 탄소로 이뤄진 광물이다. 반짝이는 보석으로 잘 알려져 있지만 천연 상태로 존재하는 물질 가운데 가장 경도가 높은 것이기도 하다. 이에 비해 Q-카본(Q-Carbon)은 미국 노스캐롤라이나주립대학 재료공학 연구팀이 개발한 것. 탄소 물질인 다이아몬드나 흑연과는 전혀 다른 특수한 구조를 갖추고 있으며 다이아몬드의 경도를 웃도는 새로운 탄소 구조다.

Q-카본은 자연 상태에서는 얻을 수 없다. 유리 같은 표면을 비정질 탄소로 덮고 있다. 비정질 탄소란 각각 탄소 원자로 이뤄져 있고 다이아몬드 같은 결정 조직화되어 있지 않은 것이다. 이런 비정질 탄소에 200ns라는 짧은 순간에 레이저를 조사, 3,727도에 이르는 고온으로 급속 가열하고 다시 급속 냉각시켜 Q-카본의 탄소 구조를 만들어낸다.

Q-카본은 다이아몬드보다 경도가 높고 강자성체다. 그 뿐 아니라 Q-카본 생산 기술을 조정해 탄소 가열과 냉각 속도를 바꾸게 되면 다이아몬드 구조도 제조할 수 있을 것으로 보인다. 보통 엄청난 압력을 필요로 하는 인공 다이아몬드도 Q-카본 기술을 이용하면 실내 기온과 기압 상태에도 제조가 가능해질 수 있다는 것.

물론 이렇게 되면 보석을 대량 생산할 수 있게 되는 것 아니냐고 생각할 수 있지만 실제로는 아직은 쉽지 않은 일이다. 당분간 Q-카본은 보석이나 공업용으로는 사용되지 않을 것이기 때문. 실제 Q-카본을 생산하게 되면 20∼500nm 정도 두께, 그러니까 인간의 머리카락 두께와 견주면 100분의 1 수준에 불과하다고 한다.

하지만 Q-카본은 높은 강도를 지닌 특수한 구조를 활용해 산업이나 의료 등 다방면에서 활용될 것으로 기대되고 있다. 이번 연구 결과는 응용물리학저널(Journal of Applied Physics)에 논문으로 발표됐다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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