과학자들은 다이아몬드만큼 단단한 새로운 종류의 물질인 탄질화물을 발견했습니다. 국제 협력과 수십 년간의 연구 결과인 이 발견은 내구성과 광발광 및 높은 에너지 밀도와 같은 기타 특성으로 인해 다양한 산업 응용 가능성을 열어줍니다. 국제 기금의 지원을 받고 Advanced Materials에 게재된 이 획기적인 발전은 재료 과학의 큰 발전을 의미합니다.
과학자들이 수십 년 된 수수께끼를 풀고 지구상에서 가장 단단한 물질인 다이아몬드와 맞먹을 수 있는 거의 파괴되지 않는 물질을 공개했다고 한 연구에서 밝혔습니다.
연구진은 탄소와 질소의 전구체가 극도의 열과 압력을 받을 때 생성되는 물질인 탄질화물이 다이아몬드 다음으로 두 번째로 단단한 물질인 입방정 질화붕소보다 더 단단하다는 사실을 발견했습니다.
전문가들은 이 획기적인 기술이 자동차와 우주선용 보호 코팅, 고급 내구성 절단 도구, 태양광 패널 및 광검출기를 포함한 다용도 재료를 산업적으로 응용할 수 있는 가능성을 열었다고 말합니다.
재료 연구자들은 과학자들이 높은 내열성을 포함한 탄질화물의 특별한 특성을 처음 발견한 1980년대부터 탄질화물의 잠재력을 활용하려고 노력해 왔습니다.
그러나 30년이 넘는 연구와 여러 번의 합성 시도에도 불구하고 신뢰할 만한 결과는 나오지 않았습니다.
국제 협력이 성공을 가져온다
이제 에딘버러 대학 극한 조건 과학 센터의 연구원, 독일 바이로이트 대학, 스웨덴 린셰핑 대학의 전문가를 포함한 국제 과학자 팀이 마침내 획기적인 발전을 이루었습니다.
연구팀은 다양한 형태의 탄소-질소 전구체를 70~135기가파스칼(대기압의 약 100만 배)의 압력에 가하는 동시에 섭씨 1,500도 이상으로 가열했다.
이러한 조건에서 이러한 화합물의 원자 배열을 결정하기 위해 샘플은 세 개의 입자 가속기(프랑스의 유럽 싱크로트론 연구 시설, 독일의 Deutsche Electron 싱크로트론 및 미국의 고급 광자 소스)에서 강렬한 X선 빔으로 조명되었습니다.
연구진은 초경도에 필요한 구성 요소를 갖춘 세 가지 질화탄소 화합물이 있음을 발견했습니다. 놀랍게도, 세 가지 화합물은 주변 압력 및 온도 조건으로 되돌려도 다이아몬드와 같은 품질을 유지했습니다. 추가 계산과 실험을 통해 이러한 새로운 물질은 광발광 및 높은 에너지 밀도를 포함한 다른 특성도 가지고 있음이 나타났습니다.
연구원들은 이러한 초압축 탄질화물이 광범위한 응용 가능성을 갖고 있으며 다이아몬드와 비교할 수 있는 최고의 엔지니어링 재료가 될 수 있다고 말합니다.
Advanced Materials에 발표된 이 연구는 왕립연구소의 FLF 프로그램과 유럽 연구 기금의 지원을 받았습니다.
에든버러 대학교 물리 및 천문학 대학 내 응집 물질 물리학 및 복합 시스템 연구소의 미래 리더 펠로우인 Dominique Laniel 박사는 다음과 같이 말했습니다. "최초의 새로운 질화 탄소 물질을 발견하면서 우리는 연구자들이 지난 30년 동안 꿈꿔 왔던 물질이 마침내 이용 가능해졌다는 사실을 믿을 수 없습니다. 이 물질은 고압 물질 합성과 산업 응용 사이의 격차를 해소하는 강력한 원동력을 제공합니다."
린셰핑 대학교 물리학, 화학, 생물학과 조교수인 Florian Trybel 박사는 이렇게 말했습니다. "이러한 물질은 놀라운 다양성을 보여줄 뿐만 아니라 기술적으로 관련된 물질의 위상이 지구 내부 수천 킬로미터에 해당하는 합성 압력 조건에서 복구될 수 있음을 보여줍니다. 우리는 이 공동 연구가 해당 분야에 새로운 가능성을 열어줄 것이라고 확신합니다."
컴파일된 소스: ScitechDaily