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알코올 및 연소화염을 이용한 다이아몬드의 합성(Functional Material, Diamond) Diamond Synthesis Using Alcohol or Combustion Flame)

전문가 제언: □ 다이아몬드의 매력은 이제 와서 말할 필요도 없지만, 경도, 열전도율, 빛이나 전자파의 투과성 등 여러 가지 물성 특성이 있다. 인류가 다이아몬드 합성에 성공은 약 50년 전, 천연 다이아몬드와 같은 것은 고온 고압(약 5GPa, 1300℃ 이상)의 합성 방법에 따른다. 현재 천연 다이아몬드는 보석용과 공업용이 각각 연간 약 10톤 정도 산출되고 있는데 대해, 고온 ・및 고압으로 만든 합성 다이아몬드는 연간 약 90톤 정도 생산되어 공업용에 이용되고 있는 것은 그 대부분이 인공 합성방법이다.

□ 고온・고압법의 상업적 성공(미국의 GE, 한국의 일진다이몬드 등)으로부터 30년 경과한 1980년대 이래, 다이아몬드의 기상 합성에 성공해 각광을 받게 되었다. 열 필라멘트나 마이크로파 플라스마에 탄화수소 가스를 분해해 다이아몬드 결정을 성장시키는 기상 합성법은 거대한 프레스기를 이용하는 고온・고압법과 비교해 획기적인 저비용을 실현할 수 있다고 기대되었다. 그러나 현재도 유감스럽지만 기상 합성 다이아몬드는 큰 시장을 개척할 수 없는 상황에 있다. 그 주된 과제는 저 제조 코스트다. 탄화수소를 플라스마로 분해해 퇴적하면, 실제로는 결정의 다이아몬드는 아니고, 수소를 포함한 아몰포스 탄소 막으로 되는데, 이것은 다이아몬드 라이크 카본(DLC)으로 불려, 여러 가지 분야에서 실용적으로 이용되고 있는 재료이다. 그러나 정말로 결정성의 다이아몬드 막을 제작하려면, 플라스마로 분해, 여기된 활성 종으로 「결정 성장」을 시키지 않으면 안 된다.

□ 최초의 기상 합성 성공 이래, 여러 가지 합성 조건이 시도되었지만, 결국 당초의 가스조성 기판 온도로부터 크게 다른 조건을 찾아낼 수 없었다. 그러나 최근에 플라스마를 이용하여 종래와 비교하여 한자리 수 이상의 고속성장이 가능하게 되었다.

□ 여기서 소개한 대기압에서 에탄올과 수소가스를 사용한 간이 열 플라스마 CVD장치를 개량하여 메탄올만으로 염가의 간이 열 필라멘트 CVD장치로 다이아몬드 기상합성법에의 성공은 향후 기대하는 바가 크다. 그러나 이와 같은 제조법으로 만든 제품의 품질이 상업적으로 이용되기에는 좀더 많은 개량 보완 연구가 수행되어야 한다.

저자: Yoichi Hirose ; Kohei Hosono
자료유형: 학술정보