다이아몬드보다 더 단단한 물질은 무엇인가?

론스데일라이트와 같은 일부 재료는 다이아몬드보다 단단할 수 있지만 대량으로 존재하지 않거나 널리 사용되지는 않습니다.

다이아몬드는 거의 모든 것을 긁어낼 수 있습니다. 사진: Business Standard

다이아몬드는 그 단단함으로 인해 귀중하게 여겨집니다. 보석으로 사용될 경우, 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 있으며 일상적인 마모에도 긁힘 없이 유지됩니다. 칼날이나 드릴 비트로 사용할 경우, 거의 모든 것을 부러지지 않고 뚫을 수 있습니다. 분말 형태의 다이아몬드는 보석, 금속, 그리고 여러 다른 재료의 광택을 냅니다. 라이브 사이언스 에 따르면, 다이아몬드보다 더 단단한 재료를 찾는 것은 어렵습니다.

리처드 카너 대학교의 재료화학자인 리처드 카너는 다이아몬드가 여전히 대부분의 실용적인 용도에서 가장 단단한 재료라고 말합니다. 다이아몬드를 일반 다이아몬드보다 단단하게 만드는 방법은 있으며, 다른 재료도 이론적으로 다이아몬드보다 단단할 수 있지만, 손에 쥐거나 널리 사용할 수 있는 형태로는 존재하지 않습니다.

캘리포니아 공과대학(Caltech)의 지구화학자 폴 아시모는 다이아몬드 주얼리를 착용하는 사람들은 그 내구성을 증명할 수 있지만, "경도"라는 개념은 매우 전문적이라고 말합니다. 경도는 강성이나 내구성과 같은 다른 특성과 혼동되는 경우가 많습니다. 이러한 특성들이 항상 압입 경도와 동일한 것은 아닙니다. 예를 들어, 다이아몬드는 압입 경도가 매우 높지만 굽힘 경도는 보통 수준입니다. 다이아몬드는 결정면을 따라 쉽게 깨지는 경향이 있는데, 이것이 바로 보석상들이 아름다운 각면 다이아몬드를 만드는 방식입니다.

과학자들은 몇 가지 방법으로 압입 저항성을 측정합니다. 지질학자들은 종종 모스 경도라는 비교 단위를 사용하는데, 이는 현장에서 광물이 긁히는지 여부를 기준으로 광물을 식별하는 방법입니다. 다이아몬드는 모스 경도에서 가장 높은 10으로, 거의 모든 것을 긁을 수 있다는 것을 의미합니다. 실험실에서 재료 과학자들은 비커스 경도 시험이라는 더 정밀한 측정법을 사용합니다. 이는 연필심을 지우개에 누르는 것처럼 뾰족한 끝으로 압입하는 데 필요한 힘을 기준으로 재료의 경도를 측정합니다.

다이아몬드는 입방 격자로 배열된 탄소 원자들로 이루어져 있으며, 짧고 강한 화학 결합으로 서로 연결되어 있습니다. 이러한 구조 덕분에 다이아몬드는 특징적인 압입 경도를 보입니다. 다이아몬드보다 단단한 대부분의 재료는 일반 다이아몬드의 결정 구조를 약간 변형하거나 탄소 원자 일부를 붕소나 질소로 대체하여 만들어집니다.

가장 단단한 물질이라는 타이틀을 노리는 후보 중 하나는 론스데일라이트입니다. 다이아몬드처럼 론스데일라이트는 탄소 원자로 이루어져 있지만, 입방정계가 아닌 육각형 결정 구조로 배열되어 있습니다. 최근까지 론스데일라이트는 주로 운석에서 극히 소량만 발견되었기 때문에 그 자체로 물질로 분류할 수 있는지, 아니면 표준 다이아몬드 결정 구조의 결함인지는 불분명했습니다.

최근 과학자팀이 운석에서 미크론 크기(1/1,000mm)의 론스데일라이트 결정을 발견했습니다. 이 결정은 아주 작지만, 이전에 발견된 것보다는 여전히 큽니다. 다른 과학자들도 실험실에서 론스데일라이트를 배양했다고 보고했지만, 이 결정은 극히 짧은 시간 동안만 존재합니다. 따라서 론스데일라이트가 흥미로운 소재이기는 하지만, 절삭, 드릴링, 연마 등의 분야에서 다이아몬드를 대체할 가능성은 당분간 낮습니다.

다이아몬드의 나노 스케일 구조를 조정하면 일반 다이아몬드보다 더 단단한 소재를 만들 수도 있습니다. 수많은 작은 다이아몬드 결정으로 만들어진 소재는 나노 스케일 입자들이 서로 미끄러지지 않고 서로 결합되어 있기 때문에 보석 다이아몬드보다 단단합니다. 입자들이 서로 거울상을 이루는 "나노트윈" 다이아몬드는 일반 다이아몬드보다 두 배 더 강한 압입 저항성을 가지고 있습니다.

하지만 대부분의 과학자들은 단지 기록을 세우기 위해 초경합금을 연구하는 것이 아닙니다. 오히려 유용한 무언가를 만들어내고자 합니다. 다이아몬드만큼 단단하지만 실험실에서 더 저렴하거나 쉽게 만들 수 있는 무언가를 만들고 싶어 할 수도 있습니다.

예를 들어, 카너의 연구실에서는 다이아몬드의 산업적 대안으로 사용될 수 있는 여러 가지 초경 금속을 생산합니다. 시판 중인 한 제품은 텅스텐과 붕소를 미량의 다른 금속과 결합한 것입니다. 결정의 모양은 재료에 방향에 따라 다른 특성을 부여합니다. 카너는 이 결정이 제대로 정렬되면 다이아몬드에 흠집을 낼 수 있다고 말합니다. 또한 이 재료는 실험실에서 다이아몬드를 생산하는 데 필요한 고압 조건이 필요하지 않아 제작 비용도 저렴합니다.

안캉 ( Live Science 에 따르면)

소스 링크: https://vnexpress.net/vat-lieu-nao-cung-hon-kim-cuong-4665154.html