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.The world's first successful diamond synthesis at 1 atmosphere pressure, not the high pressure underground
땅 속 고압 아닌 1기압에서 세계 최초 다이아몬드 합성 성공
2024.04.25 00:00 기초과학연구원(IBS) 다이아몬드는 땅속의 고온고압 환경에서 수백만 년 이상의 시간 동안 탄소 원자가 결합해 만들어지는 물질이다. 다이아몬드는 땅속의 고온고압 환경에서 수백만 년 이상의 시간 동안 탄소 원자가 결합해 만들어지는 물질이다. 게티이미지뱅크
국내 연구팀이 세계 최초로 우리가 생활하는 대기압 수준에서 다이아몬드를 합성하는 데 성공했다. 반도체나 양자컴퓨터 등 다양한 분야에서 요긴하게 쓰이는 다이아몬드를 손쉽고 크게 만들 수 있을 것으로 기대된다. 기초과학연구원(IBS)은 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장(울산과학기술원 화학과 특훈교수)이 이끈 연구팀이 액체 금속 합금을 이용해 1기압에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공하고 연구결과를 24일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 공개했다고 24일 밝혔다.
다이아몬드는 땅속의 고온고압 환경에서 탄소(C) 원자가 결합해 수백만 년 이상의 시간이 걸려 만들어지는 물질이다. 열전도성이 우수하고 단단하며 화학 물질과도 잘 반응하지 않아 전자기기나 반도체 등 활용 분야가 넓다. 실험실에서 인공 다이아몬드를 만드는 기존 연구에서 다이아몬드는 1300~1600℃에 이르는 고온과 우리 주변의 대기압(1기압)의 5~6만 배에 달하는 고압 조건에서만 합성되는 것으로 알려졌다.
고온고압 조건을 유지하기 위한 기술적 한계 때문에 합성할 수 있는 다이아몬드의 크기도 매우 제한됐다. 루오프 단장은 "낮은 압력에서 탄소 원자들을 합성하면 다이아몬드 대신 다른 탄소 구조체인 흑연을 만들 가능성이 높다"며 "1기압에서 다이아몬드를 성장시키는 것은 그동안 과학의 관점에서 불가능하다고 여겨졌다"고 설명했다.
액체 금속 합금의 바닥 표면에서 탄소가 확산하며 다이아몬드의 성장을 유도하는 과정. 액체 금속 합금의 바닥 표면에서 탄소가 확산하며 다이아몬드의 성장을 유도하는 과정. IBS 제공
연구팀은 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 'RSR-R'이라는 장치를 자체 제작했다. RSR-R을 활용해 수백 개의 변수를 조정하며 다이아몬드를 성장시킬 수 있는 최적의 온도와 압력, 합금 비율을 찾았다. 갈륨 77.75%, 니켈 11%, 철 11%, 실리콘 0.25% 비율의 액체 금속 합금을 만들고 메탄과 수소에 노출하자 합금 하부 표면에서 탄소가 확산하며 다이아몬드 핵을 형성하고 성장했다. 다이아몬드가 만들어진 온도는 1025℃였고 압력은 우리 주변의 대기압 수준인 1기압에 불과했다. 다이아몬드는 고온고압에서만 성장한다는 패러다임을 깬 것이다. RSR-S 장치를 통해 만든 다이아몬드 결정.
다이아몬드 고유의 무지갯빛이 돈다. IBS 제공 RSR-S 장치를 통해 만든 다이아몬드 결정. 다이아몬드 고유의 무지갯빛이 돈다. IBS 제공
다이아몬드의 크기를 키울 수 있다는 특징도 다이아몬드의 크기를 조절하기 어려웠던 기존 고온고압 합성법과의 차별점이다. 또 넓은 면적에 걸쳐 다이아몬드를 동시에 여러 개 성장시킬 수도 있다. 루오프 단장은 "이런 방식으로 다이아몬드 합성을 시도하는 데 비싼 장비가 필요하지 않다는 점도 중요한 측면"이라며 "세계의 모든 실험실이 시도할 수 있다"고 밝혔다. 나아가 연구팀은 다이아몬드에 빛을 쏘고 방출되는 파장을 분석했다. 액체 합금의 구성 물질 중 하나인 실리콘이 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조가 발견됐다.
연구팀은 "이 구조가 자기장에 대한 민감도가 높고 양자적인 특성을 보여 매우 작은 자기 센서 개발이나 양자컴퓨터에 응용될 것으로 기대된다"고 말했다. 연구팀이 다양한 성장 조건에서 만든 다이아몬드. IBS 제공 연구팀이 다양한 성장 조건에서 만든 다이아몬드. IBS 제공 연구의 공동 교신저자인 성원경 IBS 다차원 탄소재료 연구단 연구위원은 "이번 연구로 보다 쉽고 크게 다이아몬드를 만들 수 있게 됐다"며 "합금의 구성을 다른 금속으로 대체해 더욱 폭넓은 실험 조건에서 다이아몬드를 합성할 수 있도록 할 것"이라고 후속 연구 방향에 대해 설명했다.
루오프 단장은 "다이아몬드 합성 원천 기술 확보로 한국이 다이아몬드 제조의 중심지가 될 가능성이 있다고 생각한다"며 "반도체 등 빠르게 응용 분야를 확장해 관련 산업을 선도할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
https://m.dongascience.com/news.php?idx=65054
메모 2404260501
고체 금속은 msbase와 같다. 이를 상전이 qpeoms로 액체 금속으로 만들려면 고체 금속 물질의 녹는점까지 가열해야 한다. 금속은 무게 때문에 기체가 되기 어렵다. 하지만 태양의 온도 절반인 화씨 5182도 (2861℃) (태양 온도의 약 절반)에서 기체가 된다.
그런데 어느 녹는점에서 더 단단해질 수도 있는 것이 관찰되었다. 왜 이런 상태가 있을까? 극고온 간섭적 중첩이다. 극저온 중첩이 메모장에서 확인되었다. 1개의 픽셀인 mser에 msbase가 msoss로 진행하려면 더 늘어난 중첩의 qpeoms가 존재해야 하듯이, 극고온 1픽셀당 qms.msoss가 투사되려면 중첩의 순간이 필요할 수 있다. 이때 더 단단해진 고체 상태가 나타날 수 있다. 하지만 순간적으로 분해되어 플라즈마로 액화 된다면 중첩은 1픽셀점 qvixer.lenser이리라.허허
그런 곳에서의 다이야몬드는 더 다양한 소재들의 합금으로 만들질 것이며 다이야몬드의 종류도, 다이야몬드보다 더 단단한 물질도 무척 많아질 것이다. 행성의 형성 과정에 화석은 늘 가장 단단한 고체들이다. 마그마가 극고온이나 극저온에서 생성되는 물질은 msbase, msoss에서는 늘 n^2 값을 가장 많은 간섭과 중첩을 이루고 가장 많은 회절를 가진다. 허허.
Memo 2404260501
Solid metal is equivalent to msbase. To turn this into a liquid metal through phase transition qpeoms, it must be heated to the melting point of the solid metal material. It is difficult for metal to become a gas due to its weight. However, it becomes a gas at 5182 degrees Fahrenheit (2861 degrees Celsius) (about half the temperature of the sun).
However, it has been observed that it may become harder at a certain melting point. Why does this condition exist? It is extremely high temperature interference superposition. Cryogenic superposition was confirmed in notepad. Just as more overlapping qpeoms must exist for msbase to progress to msoss on one pixel, mser, a moment of overlap may be needed for qms.msoss to be projected per pixel at extremely high temperatures. At this time, a harder solid state may appear. However, if it is momentarily decomposed and liquefied into plasma, the overlap would be 1 pixel point qvixer.lenser.
Diamonds in such places will be made of alloys of more diverse materials, and the types of diamonds and substances harder than diamonds will increase. During the formation of planets, fossils are always the hardest solids. In msbase and msoss, materials created by magma at extremely high or extremely low temperatures always have the n^2 value, which causes the most interference and overlap and the most diffraction. haha.
*Sampling 4-left theory
Sample oms.vix.a (standard2)
2401030806
vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd0000e0
000ac0f00bde
0c0fab000e0d
e00d0c0b0fa0
f000e0b0dac0
d0f000cae0b0
0b000f0ead0c
0deb00ac000f
ced0ba00f000
a0b00e0dc0f0
0ace00df000b
0f00d0e0bc0a
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
A path of qpeoms.msbase.oss
Sample oss.base (standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
.Cambridge Scientists Unveil New Theory on Origins of Life’s Building Blocks
케임브리지 과학자들이 생명의 구성 요소 기원에 관한 새로운 이론을 공개하다
주제:우주생물학삶분자 생물학케임브리지대학교 2024년 4월 25일 캠브리지 대학교 생명 개념의 기원 APRIL 25, 2024
케임브리지 대학의 연구자들은 초기 지구에서 단백질, 인지질, 뉴클레오티드와 같은 필수 생명 형성 분자를 생산할 수 있다고 이론화한 흑연화라는 과정을 확인했습니다. Life 저널의 연구에서 강조된 이 과정은 천체 충돌과 철 및 물과의 상호 작용으로 인한 고온이 화학적 환경을 단순화하여 생명체에 필요한 구성 요소의 형성에 도움이 될 수 있음을 시사합니다.
케임브리지 대학 의 연구원들은 생명체 발달에 필수적인 분자가 흑연화라는 과정에서 유래했을 수 있다고 제안합니다. 실험실 실험을 통해 확인된다면, 이는 생명체의 출현으로 이어질 가능성이 있는 조건을 시뮬레이션할 수 있게 해줍니다. 생명에 필요한 화학 물질은 어떻게 거기에 도달했나요? 겉보기에 우연처럼 보이는 생명 조건이 자연에서 어떻게 생겨났는지는 오랫동안 논의되어 왔으며 많은 가설이 막다른 골목에 이르렀습니다.
그러나 이제 케임브리지 대 학의 연구자들은 이러한 조건이 어떻게 발생하여 생명에 필요한 성분을 상당량 생산할 수 있는지를 모델링했습니다. 생명은 단백질, 인지질, 뉴클레오티드라고 불리는 분자에 의해 지배됩니다. 과거 연구에서는 니트릴( 시아노아세틸렌 (HC3N) 및 시안화수소 (HCN))과 이소 니트릴( 이소시아나이드 (HNC) 및 메틸 이소시아나이드 (CH3NC))과 같은 질소를 함유한 유용한 분자가 이러한 생명의 구성 요소를 만드는 데 사용될 수 있다고 제안했습니다.
그러나 아직까지는 이들 모두를 동일한 환경에서 상당량 만들 수 있는 명확한 방법이 없습니다. Life 에 발표된 최근 연구에서 이 그룹은 흑연화라고 알려진 과정을 통해 이론적으로 상당한 양의 유용한 분자가 만들어질 수 있음을 발견했습니다.
모델이 실험적으로 검증될 수 있다면 이는 그 과정이 초기 지구가 생명을 향한 여정에서 한 단계일 가능성이 있음을 시사합니다.
이 프로세스가 다른 프로세스보다 발생할 가능성이 더 높은 이유는 무엇입니까? 이전 모델의 문제점 중 대부분은 니트릴과 함께 다양한 다른 제품이 생성된다는 것입니다. 이는 생명의 형성을 방해하는 지저분한 시스템을 만듭니다. 이번 연구의 공동저자이자 캐번디시 연구소 천체물리학 조교수인 폴 림머(Paul Rimmer) 박사는 '인생의 큰 부분은 단순함'이라고 말했습니다. '명령이다. 화학이 일어날 수 있는 것을 제어함으로써 복잡성을 어느 정도 제거할 수 있는 방법이 떠오르고 있습니다.'
우리는 지저분한 환경에서 생명이 탄생할 것이라고 기대하지 않습니다. 따라서 흥미로운 점은 흑연화 자체가 어떻게 환경을 정화하는지입니다. 왜냐하면 이 공정에서는 주로 불활성 부산물과 함께 이러한 니트릴과 이소니트릴이 독점적으로 생성되기 때문입니다.
-프리바이오틱 공급원료의 깨끗하고 높은 수율 생산을 위해 제안된 시나리오의 도식적 표현 프리바이오틱스 공급원료의 깨끗하고 높은 수율 생산을 위해 여기에서 제안하는 시나리오의 도식적 표현입니다. 이벤트는 왼쪽 상단부터 시계 방향으로 움직입니다. 첫째, 지구 대기는 중립적입니다. 이는 충격기의 금속 코어가 산화되어 상당한 메탄과 암모니아가 포함된 대규모 H 2 대기를 생성함으로써 4.3Ga의 거대한 충격 후에 감소됩니다. 이 대기는 광화학으로 인해 복잡한 질소가 풍부한 유기물이 침전되는 톨린이 풍부한 안개가 생성되면서 빠르게 냉각됩니다(1,000년 미만). 이들 유기물은 마그마와의 상호작용에 의해 점진적으로 매몰되고 흑연화됩니다.
H 2 가 우주로 사라지고 다시 중성이 되면서 대기가 맑아집니다 . 마지막으로, 마그마 가스는 흑연과 상호 작용하고 세정되어 깨끗한 HCN, HC 3 N 및 이소니트릴을 높은 수율로 생성합니다. 크레딧: 올리버 쇼틀
'처음에는 이것이 모든 것을 망칠 것이라고 생각했지만 실제로는 모든 것을 훨씬 더 좋게 만듭니다. 그것은 화학을 정화합니다.'라고 Rimmer는 말했습니다. 이는 흑연화가 과학자들이 찾고 있는 단순성과 생명에 필요한 깨끗한 환경을 제공할 수 있음을 의미합니다. 프로세스는 어떻게 진행되나요? 하데스 이온(Hadean eon)은 지구가 현대 지구와 매우 달랐던 지구 역사상 가장 초기의 시기였습니다. 때때로 행성 크기의 파편과의 충돌은 전례가 없습니다. 이 연구는 약 43억년 전 초기 지구가 대략 달 크기의 물체와 충돌했을 때, 그 안에 포함된 철이 지구의 물과 반응했다는 이론을 세웠습니다.
공동 저자이자 케임브리지 천문연구소 및 지구과학과 자연철학 교수인 올리버 쇼틀(Oliver Shorttle) 박사는 “달만한 크기의 무언가가 초기 지구에 충돌했고, 이로 인해 다량의 철과 기타 금속이 퇴적되었을 것”이라고 말했습니다. 철-물 반응의 생성물은 지구 표면의 타르로 응축됩니다. 그런 다음 타르는 1500°C 이상에서 마그마와 반응하고 타르에 있는 탄소는 매우 안정적인 형태의 탄소인 흑연이 되며 현대 연필심에 사용됩니다!
'철이 물과 반응하면 응축되어 지구의 지각과 섞이는 안개가 형성됩니다. 가열하면 유용한 질소 함유 화합물만 남게 됩니다.'라고 Shorttle은 말했습니다. 이 생각을 뒷받침하는 어떤 증거가 있습니까? 이 이론을 뒷받침하는 증거는 부분적으로 코마티암 암석의 존재에서 비롯됩니다. 코마타이트(Komatiite)는 매우 뜨거운 마그마(>1500°C)가 냉각될 때 형성되는 화산암의 일종입니다. '코마타이트(Komatiite)는 원래 남아프리카에서 발견되었습니다. 이 암석의 연대는 약 35억년 전으로 거슬러 올라갑니다.'라고 Shorttle은 말했습니다.
'결정적으로 우리는 이 암석이 약 1700°C의 뜨거운 온도에서만 형성된다는 것을 알고 있습니다! 이는 마그마가 이미 타르를 가열하고 유용한 니트릴을 생성할 만큼 충분히 뜨거웠음을 의미합니다.' 링크가 확인됨에 따라 저자는 질소 함유 화합물이 이 방법을 통해 만들어질 것이라고 제안합니다. 코마타이트를 볼 수 있기 때문에 초기 지구의 마그마 온도가 때때로 1500°C를 초과했음이 틀림없다는 것을 알 수 있습니다. 다음은 무엇입니까? 이제 실험은 실험실에서 이러한 조건을 재현하고 시스템에 필연적으로 존재하는 물이 질소 화합물을 먹어서 분해하는지 여부를 연구해야 합니다. Rimmer는 '비록 이 분자들이 지구에서 생명체가 시작되었는지는 확실하지 않지만 생명체의 구성 요소가 물 속에서 살아남은 분자로 만들어졌음에 틀림없다는 것은 알고 있습니다'라고 말했습니다. '향후 실험에서 니트릴이 모두 분해되는 것으로 밝혀지면 우리는 다른 방법을 찾아야 할 것입니다.'
참조: Paul B. Rimmer 및 Oliver Shorttle의 "니트릴 및 이소니트릴의 표면 열수원", 2024년 4월 10일, Life . DOI: 10.3390/life14040498 이 연구는 Cambridge Planetary Science and Life in the Universe Research Grants의 지원을 받았습니다.
https://scitechdaily.com/cambridge-scientists-unveil-new-theory-on-origins-of-lifes-building-blocks/
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