지구상 가장 단단한 물질 ‘다이아몬드’...인공적으로 만들 수 있을까? [네이처TV]

시선뉴스=박대명 Pro l

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금, 자수정, 루비 등 빛깔과 광택이 아름다워 장식물로 사용할 수 있는 여러 광물, 바로 보석입니다. 오늘은 그중 가장 비싸면서도 아름답고, 활용도까지 높은 보석인 금강석! ‘다이아몬드’에 대해 살펴보겠습니다.

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다이아몬드는 그리스어인 ‘아다마스(Adamas)’와 ‘아다만토스(Adamantos)’에서 유래된 말로 ‘정복되지 않는, 정복할 수 없는’이란 뜻을 가지고 있습니다. 이는 높은 내구성과 찬란한 아름다움에서 비롯됐습니다. 

실제로 다이아몬드는 지구를 구성하고 있는 물질 중에서 가장 단단한 물질이며, 광물의 단단함을 나타내는 모스 경도 중에서도 가장 높은 단계인 10단계인데요. 다이아몬드는 이러한 단단함 외에도 열전도율이 높고, 열로 인한 팽창 정도가 작으며, 산에도 강하다는 특성도 갖고 있습니다.

다이아몬드가 이러한 특성을 가질 수 있는 이유는 다이아몬드의 주성분 탄소에서 찾을 수 있습니다. 연필심이나 샤프심으로 쓰이는 흑연도 탄소로 이뤄져 있지만 결정적으로 ‘결정구조’가 다릅니다. 흑연은 정육각형이 층을 쌓은 구조지만, 다이아몬드는 각 탄소가 4개의 다른 탄소와 정사면체 형태로 단단히 결합한 등축정계 구조입니다. 

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이와 같은 구조가 만들어지려면 땅속 130km보다 깊은 곳에서 5~6만 기압, 1,300~1,800℃ 온도의 극한 환경을 수억 년간 견뎌야 합니다. 이때 질소나 수소와 같은 불순물이 끼어들어 가면 투명한 빛을 잃거나 색이 바뀌게 됩니다. 이렇듯 맑고 깨끗한 다이아몬드는 99.95% 이상의 순도를 띄고 있으며 생성 조건이 굉장히 어렵기에 가장 비싼 광물이기도 합니다.

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한편, 다이아몬드는 뛰어난 경도나 내산성 등의 특성으로 인해 공업용으로도 많이 사용됩니다. 특히 기계 및 전기장치 등의 정밀공업 분야에선 필수 재료로 여겨지고 있습니다. 이때 천연 다이아몬드 중에서 보석용으로 사용하기에 적합하지 않은 것들이 주로 공업용으로 사용되며 공구 날, 다이아몬드 톱, 연마재 등으로 사용됩니다. 

비싸기로 유명한 다이아몬드를 공업용으로 사용한다니 아깝다고도 생각이 들 텐데요. 다행히 1950년대부터 연구하던 ‘인공 다이아몬드’, 일명 ‘랩 그로운 다이아몬드’가 2010년대에 들어 상용화에 성공해 천연 다이아몬드의 1/3에서 1/5 수준으로 저렴하게 사용할 수 있게 됐습니다. 
 

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영원한 사랑, 행복, 순결의 의미를 담고 있는 보석이자 다양한 분야에서 활용되고 있는 다이아몬드. 4월의 탄생석이자 세계에서 가장 아름다운 보석으로 꼽히고 있는데요. 과학이 발전하며 비교적 저렴한 가격에 만들어 낼 수 있게 된 만큼 그 가치가 과거와 완전히 같다고 할 수는 없겠지만 ‘다이아몬드’가 지니고 있는 명성과 이야기들은 사라지지 않을 것입니다.