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초고경도 다이아몬드

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목차

1. 개요

초고경도 다이아몬드는 일반 다이아몬드보다 훨씬 단단한 물질로, 흑연 또는 풀러렌 압축을 통해 합성된다. 2003년 일본 연구진이 흑연 압축을 통해 처음 생산했으며, 등온 부피 탄성률이 기존 다이아몬드보다 높고 밀도가 더 높다. 원자간력 현미경으로 측정한 경도는 다이아몬드와 입방정 질화 붕소보다 훨씬 높게 나타난다. ADNR(초고경도 다이아몬드/나노 다이아몬드)는 풀러렌 분말을 고압으로 압축하거나, 풀러렌을 저압으로 압축 후 가열하여 생성하며, 자연적으로는 운석 충돌 시 흑연에서 형성되기도 한다.

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초고경도 다이아몬드
일반 정보
특성
녹는점해당 없음
끓는점해당 없음
밀도해당 없음

2. 발견

일본 연구진이 2003년에 흑연을 압축하여 초고경도 다이아몬드를 처음 발견했으며, 같은 연구에서 ''네이처''에 발표된 내용에 따르면 일반 다이아몬드보다 훨씬 단단한 것으로 나타났다.[2]

3. 성질

초고경도 다이아몬드(ADNR)는 일반 다이아몬드보다 밀도가 0.2~0.4% 더 높고,[14] 압축률은 491 기가파스칼(GPa)로 다이아몬드의 442 GPa보다 높다.[15] 결정 구조의 거리는 5-20 나노미터, 길이는 1 마이크로미터로 추정된다.

원자간력 현미경으로 측정한 경도는 290~310 GPa로, 다이아몬드(IIa형 111면 137-167 GPa) 및 입방정 질화 붕소(60 GPa)보다 매우 단단하다.[13] 비커스 경도 마이크로 측정에서 ADNR은 가장 단단한 천연 다이아몬드(type IIa 111면)에 흠집을 낼 수 있었다.[14] 순수한 다이아몬드의 <111> 표면(입방체의 가장 긴 대각선에 수직)은 나노 다이아몬드 팁으로 긁었을 때 경도 값이 167±6 GPa인 반면, 나노 다이아몬드 샘플 자체는 나노 다이아몬드 팁으로 테스트했을 때 310 GPa의 값을 갖는다.[5]

4. 합성

ADNR(초고경도 다이아몬드/나노 다이아몬드)는 풀러라이트 분말, 즉 동소체 탄소 풀러렌의 고체 형태를 압축하여 생성된다. 한 가지 방법은 다이아몬드 앤빌 셀을 사용하고 셀을 가열하지 않고 약 37 GPa의 압력을 가하는 것이다.[6] 다른 방법으로는 풀러라이트를 더 낮은 압력(2–20 GPa)으로 압축한 다음 300,000에서 2,500,000 범위의 온도로 가열한다.[7][8][9][10]

약 1mm 크기의 나노 다이아몬드 집합체는 러시아 시베리아의 포피가이 충돌 구조와 같은 운석 충돌 시 흑연에서 자연적으로 형성되기도 한다.[1] 풀러렌 분말 또는 고체를 원료로 하며, 다이아몬드 앤빌 셀을 사용하여 37기가파스칼 정도까지 상온 압축하면 18기가파스칼 이상에서 경도 변화가 시작된다.[16] 또한 고온(300,000에서 2,500,000) 고압(2-20기가파스칼) 조건에서도 생성된다.[17][18][19][20]

참조

[1] 논문 Natural occurrence of pure nano-polycrystalline diamond from impact crater
[2] 논문 Materials: Ultrahard polycrystalline diamond from graphite
[3] 논문 Aggregated diamond nanorods, the densest and least compressible form of carbon https://nbn-resolvin[...]
[4] 논문 Superior Wear Resistance of Aggregated Diamond Nanorods
[5] 논문 Ultrahard and superhard phases of fullerite C60: Comparison with diamond on hardness and wear http://nanoscan.info[...] 2011-07-21
[6] 논문 Is C60 fullerite harder than diamond?
[7] 논문 Superhard form of carbon obtained from C60 at moderate pressure
[8] 논문 Ultrahard and superhard carbon phases produced from C60 by heating at high pressure: structural and Raman studies
[9] 논문 Chemical modifications of C under the influence of pressure and temperature: from cubic C to diamond
[10] 논문 Phase transformations in solid C60 at high-pressure-high-temperature treatment and the structure of 3D polymerized fullerites
[11] 논문 Superior Wear Resistance of Aggregated Diamond Nanorods
[12] 웹사이트 ダイヤモンド･ナノロッド凝集体の優れた磨耗抵抗性 https://web.archive.[...] 2013-03-28
[13] 웹사이트 Ultrahard and superhard phases of fullerite C60: comparison with diamond on hardness and wear http://nanoscan.info[...] Diamond and Related Materials 2011-07-21
[14] 뉴스 Researchers synthesize diamond nanorods; hardest and least compressive material in the world http://www.physorg.c[...]
[15] 웹사이트 Aggregated Diamond Nanorods, the Densest and Least Compressible Form of Carbon http://www.esrf.eu/n[...]
[16] 논문 Is C60 fullerite harder than diamond? https://doi.org/10.1[...]
[17] 논문 Superhard form of carbon obtained from C60 at moderate pressure https://doi.org/10.1[...]
[18] 논문 Ultrahard and superhard carbon phases produced from C60 by heating at high previous termpressure: structural and Raman studies https://doi.org/10.1[...]
[19] 논문 Chemical modifications of C60 under the influence of pressure and temperature: from cubic C60 to diamond https://doi.org/10.1[...]
[20] 논문 Phase transformations in solid C60 at high-pressure-high-temperature treatment and the structure of 3D polymerized fullerites https://doi.org/10.1[...]


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