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다이아몬드로 ‘휘는 바늘’ 만들다

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2018년 04월 23일 11:57 프린트하기

연구팀이 개발한 휘는 다이아몬드 바늘(아래 뾰족한 구조). 위에서 거대한 구조로 누르면 휘어진다. -사진 제공 MIT
연구팀이 개발한 휘는 다이아몬드 바늘(아래 뾰족한 구조). 위에서 거대한 구조로 누르면 휘어진다. -사진 제공 MIT

가장 단단한 물질인 다이아몬드로 휘어지는 바늘을 만들었다. 다오밍 미국 매사추세츠공대(MIT) 재료과학·공학과 연구원팀은 홍콩대와 싱가포르 난양공대, 한국의 기초과학연구원 다차원탄소재료연구단과 함께 다이아몬드로 나노 크기의 바늘(사진)을 만드는 데 최초로 성공해 국제 학술지 ‘사이언스’ 20일자에 공개했다.

 

다오 연구원팀은 실리콘 기판 위에 탄소를 증기 형태로 뿜어 얇은 필름 형태의 인공 다이아몬드를 만들고, 여기에서 돌출된 부위를 키워 길이 약 300nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)의 작은 바늘을 만들었다. 그 뒤 바늘 끝을 에칭(부식) 처리해 마치 칫솔처럼 길고 끝이 뾰족한 구조를 완성했다.

 

연구팀은 이렇게 만든 다이아몬드 바늘을 위에서 눌러 변형이 가능한지 측정했다. 다이아몬드는 원래 강해서 변형이 거의 없는 것으로 알려져 있었다. 기껏해야 약 1% 미만의 변형이 가능할 뿐, 그 이상 변형하면 부서진다. 하지만 연구팀이 만든 다이아몬드 바늘은 길이를 최대 9%까지 변형시킬 수 있었다. 또 가하던 힘을 제거하면 다시 원래 형태로 돌아오는 탄성력도 지녔다. 이런 성질은 여러 결정으로 이뤄진 경우보다 단 하나의 결정으로 이뤄진 다이아몬드에서 더 두드러졌다.

 

연구팀은 “다이아몬드와 같은 결정형 물질에 힘을 가하면 모양은 물론 열이나 빛, 화학, 전자기적 특성이 모두 변한다”며 “생체에 이용하는 약물전달체나 차세대 저장매체와 센서에 필요한 초미세 탐침에 두루 활용할 수 있다”고 말했다.

전자현미경으로 촬영한 나노 다이아몬드 바늘. 압력을 가하면 휘어지다(두 번째 사진), 한계를 넘으면 부러진다(세 번째 사진). -사진 제공 사이언스
전자현미경으로 촬영한 나노 다이아몬드 바늘. 압력을 가하면 휘어지다(두 번째 사진), 한계를 넘으면 부러진다(세 번째 사진). -사진 제공 사이언스
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