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배양 다이아몬드의 등장

1796년, 영국 화학자 스미슨 테넌트(Smithson Tennant)는 “다이아몬드는 단지 평범한 탄소일 뿐이다”라는 사실을 증명했습니다. 맞습니다, 다이아몬드와 흑연은 모두 순수 탄소 원소의 이성질체입니다. 따라서 인류는 인공 다이아몬드를 만드는 방법을 찾기 위한 탐구를 결코 멈추지 않았습니다.157년이 지난 후, 탄소를 성공적으로 다이아몬드로 변환시키는 중요한 요소가 촉매, 즉 촉매제의 사용임이 밝혀졌습니다. 1954년, 미국 제너럴 일렉트릭 회사(GE)는 철족 금속인 철, 코발트, 니켈이 합성 다이아몬드의 촉매임을 성공적으로 발견했습니다. 그리고 재현성을 확인한 후, 정압 용매법(일명 GE법)을 이용해 다이아몬드를 성공적으로 합성했다고 최초로 발표했습니다. 그러나 사실 1953년 스웨덴 ASEA의 과학자 그룹이 이미 인공 다이아몬드를 합성한 바 있습니다. 다만 당시에는 합성 다이아몬드의 실용성이 발견되지 않았다는 설과 실험 데이터가 완전하지 않았다는 설이 존재합니다.발표

다이아몬드 합성

밀도와 압력

다이아몬드의 밀도는 3.52g/cm³로, 다이아몬드는 순수 탄소로 구성되어 있어 밀도가 매우 안정적입니다. 다이아몬드의 밀도는 다른 모든 탄소 원소로 이루어진 물질보다 거의 두 배 높습니다. 순수 흑연의 밀도는 2.25g/cm³이지만, 일반적인 흑연 재료는 밀도가 1.8g/cm³에 미치지 못합니다. 따라서 다이아몬드 합성에는 매우 높은 압력이 필요하다는 것이 입증되었습니다.

열역학적 전환

1872년, 오스트리아의 물리학자는 물질의 거시적 성질인 엔트로피(entropy)를 발견했습니다. 이는 원자 배열의 무질서도(불규칙성 정도)를 의미하며, 가열은 원자 배열을 무질서하게 만들어 엔트로피 값을 증가시키고, 압력은 원자 배열을 규칙적으로 만들어 엔트로피 값을 감소시킵니다.

압력의 효과는 일반적으로 온도와 반대입니다. 예를 들어 탄소의 경우, 흑연에 압력을 가하면 다이아몬드로 변하고, 다이아몬드에 열을 가하면 다시 흑연으로 환원됩니다(압력은 부피를 줄이고, 온도는 부피를 증가시킵니다).

압력 발생 방법

  1. 기계적 고온 가압
  2. PVD 물리적 기상 증착법
  3. CVD 화학 기상 증착법
  4. 촉매법
  5. 레이저법（CO₂를 탄소원으로 사용）
  6. 폭발법

배양 다이아몬드의 발전

배양 다이아몬드는 용도가 다양하며, 경도가 매우 높고, 열전도율은 구리의 5배에 달해 산업적으로 매우 가치가 높습니다. 배양 다이아몬드 산업에 투자하는 국가가 점점 늘어나고 있으며, 생산되는 크기와 품질도 미세 분말, 미립자에서 34캐럿 보석급 배양 다이아몬드까지 확대되어 기록을 계속 갱신하고 있습니다.

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