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초경질 비정질 탄소 합성

2022-02-18 org.kosen.entty.User@3d0d1987 코센2022(kosen2022)

분야

기계,재료

발행기관

한중과학기술협력센터

발행일

2021.11.30

URL

http://kostec.re.kr/%ec%b4%88%ea%b2%bd%ec%a7%88-%eb%b9%84%ec%a0%95%ec%a7%88-%ed%83%84%ec%86%8c-%ed%95%a9%ec%84%b1/

초경질 비정질 탄소 합성

발행일: 2021/11/30


 

지린(吉林)대학교 초경재료국가중점실험실 Liu Bingbing(劉？？) 교수 연구팀은 자체 개발한 대형 캐비티 프레스(Large cavity press) 의 초고압 핵심 기술을 이용하여 세계 최초로 밀리미터급의 풀 sp3에 근접한 비정질 탄소벌크 재료를 합성했다. 관련 연구 성과는 “Ultrahard　bulk　amorphous　carbon　from　collapsed　fullerene”라는 제목으로 국제학술지 “Nature”에 게재되었다.

탄소 재료는 형태와 원자 배열의 분류에 따라 장거리 질서의 결정질 탄소와 무질서한 비정질 탄소로 나눌 수 있다. 흑연과 다이아몬드가 전형적인 탄소 결정이다. 비정질 재료는 우수한 물리적 및 화학적 특성과 광범위한 기술적 응용으로 빠르게 발전하고 있지만 다이아몬드의 구조와 성질에 해당하는 풀 sp3 결합으로 형성된 비정질 탄소벌크 재료의 합성은 아직 이뤄지지 않았으며 탄소재료 분야의 장기적인 어려움으로 남아있다.

풀 sp3 비정질 탄소벌크 재료의 합성을 위해 연구팀은 풀러린 C60 고압 연구 분야에서의 장기간 축적을 기반으로 대형 캐비티 초고압 기술을 채택하고 C60 탄소케이지로 압축 및 응축시켜 “비정질 탄소 클러스터”라는 새로운 구축 유닛을 형성함으로써 더 높은 온도와 압력 구간에서 풀 sp9 탄소벌크 비정질 재료를 합성하는 연구 아이디어를 제안했다. 현재 상업용 대형 캐비티 프레스의 압력 한계는 25만 대기압에 불과하여 신재료의 고압 연구 요구사항을 충족하기 어렵다.

연구팀은 중국산 경질합금 초경합금 앤빌(anvil)을 이용하여 고온 조건에서 37만 대기압의 초고압을 달성했으며 밀리미터급의 풀 sp3에 근접하는 비정질 탄소벌크 재료를 합성했다.

풀러린 C60의 발견은 30연년 밖에 되지 않으며 연구팀은 1996년부터 풀러린 및 관련 탄소 재료에 대한 고압 연구를 수행해 왔다. 해당 연구 성과는 플러린 고압 연구 분야의 장기간 축적을 기반으로 한 새로운 돌파이다.

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