최근 길림대학교 Liu Bingbing, Yao Mingguang 교수와 Sun Yat-sen 대학교 Zhu Shengcai 교수로 구성된 팀은 고온 및 고압 하에서 흑연 후 단계를 통해 육각형 다이아몬드를 형성하는 흑연의 새로운 경로를 발견하고 처음으로 고품질의 거의 순수한 육각형 다이아몬드 벌크 재료를 합성했습니다. 이는 큐빅 다이아몬드보다 단단하고 열 안정성이 좋습니다. 관련 연구 결과가 국제학술지 'Nature·Materials'에 게재됐다.
1967년 미국 과학자들은 운석 분화구에서 희귀한 '슈퍼 다이아몬드'를 발견했습니다. 육각형의 결정 구조를 가지고 있고, 운석과 공생하며, 더 단단하다는 점에서 많은 주목을 받았습니다. 그러나 순상 육각형 다이아몬드의 인공합성은 오랫동안 풀리지 않은 과학적 과제였다.
이전 연구에서는 흑연이 입방형 다이아몬드로 변환되는 새로운 메커니즘을 제안했으며, sp3 탄소 고압 상 구조의 형성이 중요한 요소라는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 육각형 다이아몬드의 인공 합성을 탐구할 때 고압 상 구조가 핵심일 가능성이 높다는 점에서 영감을 받았습니다.
이를 위해 연구팀은 레이저 가열 다이아몬드 모루 기술을 사용해 50GPa의 초고압 및 고온에서 흑연의 구조적 변화를 현장에서 연구하는 고온 고압 실험을 설계했습니다. 그들은 흑연이 고압 범위에서 흑연 후 고압 구조를 형성하고 국부 가열을 통해 육각형 다이아몬드를 성공적으로 얻을 수 있음을 발견했습니다.
연구에 따르면 합성 육각형 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 경도가 40% 더 높은 우수한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 열 안정성은 진공 환경에서 1100°C에 도달할 수 있으며 이는 나노 다이아몬드의 900°C보다 좋습니다. 팀은 대규모 분자 역학 이론 시뮬레이션을 추가로 결합하여 육각형 다이아몬드 구조 형성에서 흑연 층 적층 구성의 핵심 역할을 밝히고 흑연이 흑연 후 단계를 통해 육각형 다이아몬드를 형성하는 새로운 경로를 확인했습니다.
이번 성과는 초경질 재료와 새로운 탄소 재료에 더 나은 특성을 가진 새로운 구성원을 추가하여 순상 육각형 다이아몬드를 인공적으로 합성하는 효과적인 방법을 제공합니다. 또한 운석과 주요 지질학적 사건에 포함된 다이아몬드의 특정 출처를 심층적으로 이해하는 데에도 큰 의미가 있습니다.