나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국 옌산(燕山) 대학교 톈융쥔(田永君) 원사(院士) 연구팀은 나노 트윈 결정 다이아몬드(nano twin crystal diamond) 연구 분야에서 혁신 성과를 취득하였음.

다이아몬드(diamond)는 자연계에서 경도가 제일 높은 소재에 속하며, 과학연구와 산업 등 분야에서 폭넓게 응용되고 있으며, 지난 2014년 6월 11일 중국 옌산(燕山) 대학교 톈융쥔(田永君) 원사(院士) 연구팀은 나노 트윈 결정 다이아몬드 합성에 성공하였는데 동 다이아몬드 경도는 단결정 다이아몬드 경도의 2배에 달하여 소재 경도 분야 새로운 기록을 수립했었음.

지난 2018년 9월 21일 중국 옌산(燕山) 대학교 톈융쥔(田永君) 원사(院士) 연구팀은 나노 트윈 결정 다이아몬드 메커니즘 연구에서 또 다시 한번 중대한 성과를 취득하였는데, 연구팀은 나노 트윈 결정 다이아몬드의 경도는 주로 두 가지 요소에 의해 결정되는데 하나는 다이아몬드의 높은 결정격자 마찰력이고, 다른 하나는 홀페치 효과(Holpatchi effect)로 인해 발생되는 높은 비(非) 열 활성화 응력인 것으로 나타났음.

다이아몬드는 제일 견고한 결정체 소재로서 극히 높은 경도를 보유하고 있지만 또한 취성(brittleness)이 약한 소재에 속하며, 다이아몬드는 실온 하에서 거의 연성을 가지고 있지 않으며, 다이아몬드의 취성으로 인해 다양한 분야에서의 응용에 제한을 받고 있는 상황임.

중국 옌산(燕山) 대학교 톈융쥔(田永君) 원사(院士) 연구팀은 중국 저장(浙江) 대학교 양워이(楊衛) 원사(院士) 연구팀과 공동 연구를 수행하여, 원 위치 TEM 측정 테스트를 통해 다이아몬드가 <111>과 <110> 방향에서 단일 축 압축이 실행될 때 연성은 주로 위치 오류로 인한 비(非) 치밀 배치 면 {100}의 미끄러운 상태에 의해 결정된다는 점을 발견하였으며, 면심(面心) 큐브(face centered cube, FCC) 결정체가 {111} 면을 따라 미끄러진다는 전통적인 이해를 개변시켰음.

다이아몬드의 인성(toughness)과 경도를 동시에 향상시키는 과제는 도전적인 과제에 속하는데 중국 옌산(燕山) 대학교 톈융쥔(田永君) 원사(院士) 연구팀은 관련 연구를 통해 다이아몬드 복합 소재 구조에 대한 표면 분석을 실행하였으며, 이런 다이아몬드 복합 소재는 관련된 인터페이스 다이아몬드 다형체(多形體)(다른 퇴적 순서를 보유함), 교착된 나노 트윈 결정, 상호 잠금이 되어 있는 나노 결정 입자로 구성되어 있다는 점을 입증하였음.

동시에 복합 소재의 구조는 단독으로 사용하는 나노 트윈 결정에 비해 더욱 높은 인성을 보유하고 있을 뿐만 아니라 경도를 희생시키지 않는 것으로 나타났으며, 단일 변두리 노즈 빔을 이용하여 측정 테스트를 통해 얻어진 인성은 합성된 다이아몬드의 5배에 달하며, 심지어 마그네슘 합금보다 더욱 높은 것으로 나타났음.

연구팀은 이번 연구를 통해 경도 강화와 인성 증강에 협동 역할을 하는 구조 시스템을 구축하여 최종적으로 경도와 인성 간의 모순을 극복할 수 있다는 연구 결론을 도출하였음.

본 연구 성과는 ‘Nature’ ("Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness") 지에 게재됨.