진짜보다 딱딱하다…실험실에서 만든 인공 다이아몬드

장식품으로 높은 인기를 자랑하는 다이아몬드는 단단한 물질로 연마재와 드릴비트 재료로 상용된다. 이런 다이아몬드보다 딱딱한 육각 다이아몬드, 론스달라이트(Lonsdaleite) 존재가 알려져 있었지만 워싱턴주립대학 연구팀이 이런 론스달라이트 형성에 성공했다.

육각 다이아몬드는 흑연이 운석 충돌 등으로 강한 충격과 열을 추가할 때 형성된다. 보통 다이아몬드가 큐빅이라는 구조를 갖고 있는 반면 육각 다이아몬드는 탄소 원자가 육각형 패턴에 배치되어 있기 때문에 이론상 큐빅 다이아몬드보다 딱딱하다.

하지만 천연 육각 다이아몬드는 운석 충돌에 의한 크레이터 등에서 발견되기 때문에 불순물이 많은 경도 측정은 할 수 없었다. 또 실험실에서 육각 다이아몬드를 형성하는 연구는 지금까지도 이뤄져 왔지만 형성되는 육각 다이아몬드가 너무 작거나 존재할 수 있는 시간이 너무 짧았기 때문에 경도 측정에 이르게 하지 않았다.

이번에 실시된 연구에선 10센트 크기, 직경 18mm 원반 모양 흑연을 2만 4,100km/h로 벽과 충돌시켜 운석 충격에 의한 높은 에너지를 재현했다. 그 결과 경도를 측정하는데 충분한 크기로 육각 다이아몬드 형성에 성공했다.

형성된 육각 다이아몬드는 수십억 분의 1초에 붕괴되어 버리지만 연구팀은 물질이 굳어질수록 음파가 물질 중을 이동하는 속도를 높이는 걸 이용해 육각 다이아몬드 중에서 음파 이동 속도를 레이저를 이용해 측정, 육각 다이아몬드 강성을 측정했다.

연구팀에 따르면 육각 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 높은 강성을 나타낸 것. 또 연구팀은 강성을 바탕으로 추측한 경도에서 육각 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 딱딱한 가능성이 있다고 결론지었다.

연구팀은 다이아몬드가 딱딱한 결정 뿐 아니라 아름다운 광학 특성과 높은 열전도율을 제공한다며 이번 연구에서 형성한 육각 다이아몬드는 일반 다이아몬드보다 훨씬 높은 강성과 강도를 갖고 있다며 육각 다이아몬드 경도를 어필했다.

또 딱딱한 물질은 가공 능력이 뛰어나기 때문에 다이아몬드 드릴비트 등 공업 제품에 이용한다며 육각 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 단단해 다양한 용도로 입방 다이아몬드 대안으로 이용될 가능성이 있다며 미래에는 육각 다이아몬드가 안정적 생산될 것에 기대를 걸고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.