RSR-S 장치를 통해 만들어진 다이아몬드 결정. IBS 제공

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각기 다른 비율의 액체 금속 합금에서 성장한 다양한 형태의 다이아몬드

국내 연구진이 세계 최초로 우리 주변 기압(대기의 압력)인 대기압(1기압)에서 다이아몬드를 만드는 데 성공했어요.

자연에서 다이아몬드는 땅속 아주 깊숙한 곳에서 탄소(C) 덩어리가 엄청난 열과 압력을 받아 탄생해요. 실험실에서 기계 장치로 인공(사람의 힘에 의한 가공) 다이아몬드를 만들 때에도 대기압의 5만∼6만 배에 달하는 높은 압력과 1300∼1600도에 육박하는 극도의 고온 환경이 필요하지요. 하지만 기초과학연구원(IBS) 로드니 루오프 연구단장 연구팀은 1기압과 1025도의 온도에서 다이아몬드를 만들어내는 데 성공했다고 최근 밝혔어요.

앞서 연구팀은 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금(성질이 다른 물질을 섞어 만든 금속)을 만드는 장치 ‘RSR-S’를 직접 제작했어요. 인공 다이아몬드는 압력과 온도 조건을 맞춘 용기 안에 메탄과 수소가스를 넣은 뒤 온도를 높여 기체에서 탄소를 분리하는 방식으로 만들어져요. 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 바닥에 막을 형성하면서 겹겹이 쌓여 점점 다이아몬드가 커지는 원리지요.

연구팀은 RSR-S를 이용해 갈륨, 니켈, 철, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 만들어냈어요. 그리곤 1기압의 압력과 온도 1025도의 환경에서 액체 금속 합금 아래쪽 표면부터 탄소가 확산되는 것을 확인했어요. 즉, 다이아몬드를 성장시키는 데 성공한 것.

다이아몬드는 매우 단단하고 내화학성(물질이 화학적 물질이나 처리에 견디는 정도)이 우수한 탄소 물질로, 반도체나 전자기기 등 활용도가 매우 높아요. 하지만 이런 다이아몬드를 만들기가 상당히 까다롭다는 게 문제였지요. 이번 연구를 통해 다양한 산업에 활용될 수 있는 원천 기술(근원이 되는 기술)이 개발됐다는 평가가 나와요. 

▶어린이동아 전선규 기자 3q21@donga.com

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