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[표지로 읽는 과학] 탄소원자 18개로 만든 분자반지 '사이클로카본'

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[표지로 읽는 과학] 탄소원자 18개로 만든 분자반지 '사이클로카본'

2019.09.22 13:46
사이언스 제공
탄소원자 18개로 만든 고리 형태 분자 '사이클로카본'. 사이언스 제공

빨간 구슬과 회색 구슬이 짝지어 떠다니는 곳에 강렬한 힘을 가하자 회색 구슬들만이 모여 커다란 반지가 됐다. 국제학술지 '사이언스'는 이달 20일 탄소원자 18개로 만든 고리 형태 분자 '사이클로카본'을 표지에 담았다. 
 
사이클로카본은 지금까지 세상 어디에도 없던 분자다. 재료는 지구상에서 꽤 흔한 원소인 탄소다. 탄소는 다른 탄소, 혹은 다른 원자와 결합해 셀 수 없이 다양한 화합물을 만들 수 있다. 탄소만으로만 이뤄진 화합물도 다양하다. 흑연이나 다이아몬드, 풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀 등 크기와 형태도 다양한 만큼 특성도 각기 다르다. 

 

이미 1980년대 학계에서는 탄소원자 18개가 이어진 고리 형태 분자가 존재할 수 있다고 짐작했다. 하지만 이전까지 누구도 실제로 합성하는 데 성공하지 못했다. 

 

스위스 취리히에 있는 IBM 연구소와 영국 옥스퍼드대 공동 연구팀은 산소원자(표지 그림에서 빨간색)와 탄소원자(회색)가 이어진 일산화탄소 분자들을 이어 고리 형태 분자(사이클로카본옥사이드)로 만들었다.

 

이후 저온 초고진공 상태에서 고해상도 주사탐침현미경(SPM)의 탐침으로 전류를 흘려보내, 카르보닐기(-CO)를 없애고 탄소원자 18개로만 이뤄진 고리 분자를 만드는 데 성공했다. 탄소와 탄소 간에는 단일결합과 삼중결합이 교대로 나타났다.

 

사이클로카본은 자연상에 존재하는 흑연이나 다이아몬드에 비해 안정성은 떨어진다. 하지만 화학적으로 반응성이 높고, 사이클로카본 분자들끼리 공유결합이 가능해 추후 반도체 등 전자공학 분야에서 활용될 수 있을 전망이다. 연구팀은 사이클로카본을 쉽게 대량 생산하는 방법을 연구할 예정이다.

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