과학이 놀라운 새로운 하드 장치를 발명한 방법

네이선 허스트

가장 견고한 다이아몬드 팁 장치를 능가할 수 있는 산업용 도구를 어떻게 설계합니까? 쉬움: 다이아몬드보다 더 단단한 새로운 물질을 만들 수 있습니다.

예, 이것은 종종 잘못 알려진 "사실"입니다. 다이아몬드는 세계에서 가장 단단한 물질입니다. 그 제목은 현재 한동안 논쟁을 벌이고 있으며 이번 달 Nature에 발표된 논문은 또 다른 경쟁자를 제안합니다.

"초경질 나노쌍정 입방정 질화붕소"는 시카고 대학, 뉴멕시코 대학, 옌산 대학, 지린 대학, 허베이 공과 대학의 연구원들이 질화붕소 입자 형태를 초경질 버전으로 압축한 방법을 설명합니다.

연구원들이 실시한 테스트에 따르면, 그 결과 나온 투명한 덩어리는 경도가 다이아몬드와 맞먹거나 심지어 그 이상이었습니다. 비커스 점수가 108GPa로 합성 다이아몬드(100GPa)를 능가하고 상업용 입방정 질화붕소의 경도가 두 배 이상 높습니다.

그 비밀은 나노구조에 있습니다. Yongjun Tian과 다른 연구자들은 벗겨진 장미 모양 또는 Tian이 설명했듯이 Matryoshka 인형과 같은 모양의 양파와 같은 질화 붕소 입자로 시작했습니다. 섭씨 1,800도, 15GPa(자동차 타이어 압력의 약 68,000배)에서 압축했을 때 결정이 재구성되어 나노쌍정 구조로 형성되었습니다.

나노쌍정 결정 구조에서는 이웃한 원자들이 이웃 아파트처럼 경계를 공유합니다. 그리고 일부 아파트처럼 쌍둥이도 서로 거울을 비춥니다. 일반적으로 물질을 더 단단하게 만들기 위해 과학자들은 알갱이의 크기를 줄여서 무엇이든 구멍을 뚫는 것을 더 어렵게 만듭니다. 작은 알갱이는 어떤 지점이 들어갈 수 있는 알갱이 사이의 공간이 적다는 것을 의미합니다. 그러나 프로세스는 벽에 부딪혔습니다. 약 10nm보다 작은 크기에서는 고유한 결함이나 왜곡이 입자 자체만큼 커서 구조가 약해집니다.

그러나 나노쌍정은 또한 물질에 구멍을 뚫기 어렵게 만들고, 질화붕소의 경우 평균 약 4nm 크기에서 특성 강도를 유지했다고 Tian은 설명합니다. 그리고 보너스로 입방정 질화붕소는 고온에서도 안정적이었습니다.

"우리의 나노쌍둥이 cBN에서는 뛰어난 열적 안정성과 화학적 불활성이 다이아몬드와 경쟁하거나 그보다 더 높은 경도로 유지되어 업계에서 가장 바람직한 도구 재료가 되었습니다."라고 Tian은 말했습니다.

그는 추가 연구를 통해 이 제품이 현재 이용 가능한 보다 부드럽고 상업적인 형태의 입방정 질화붕소와 ​​가격면에서 비슷할 것으로 예상하고 있습니다. 예상되는 용도에는 기계 가공, 연삭, 드릴링 및 절단 도구는 물론 과학 장비도 포함됩니다.

물론 문제는 물질의 경도를 정확하게 측정하기 위해 과학자들이 더 단단한 물질을 피라미드 모양으로 만들고 그 피라미드를 물질에 밀어넣는 데 얼마나 많은 압력이 필요한지 확인한다는 것입니다. 더 단단하다고 확신하는 것이 없으면 작동하지 않으므로 Tian의 입방정 질화붕소에 대한 비커스 수가 반드시 측정의 최종 단어는 아니라고 Scientific American의 결정학자 Natalia Dubrovinskaia는 말합니다.

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