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다이아몬드의 재료 특성

Material properties of diamond
다이아몬드
Rough diamond.jpg
매트릭스의 팔면 다이아몬드 결정
일반
카테고리네이티브 비금속, 미네랄
공식
(기존 단위)		탄소(C)
크리스털 시스템다이아몬드 큐빅
(a = 3.56683 å)
식별
색대부분의 경우 무색에서 황색 또는 갈색으로 변한다.분홍색, 주황색, 녹색, 파란색, 회색 또는 빨간색은 거의 없다.
수정습관옥타헤드, 입체 옥타헤드, 구형 또는 입방체
클라바주완벽함, 팔면체와 평행함
골절불규칙한
모스 눈금 경도10
스트릭백색의
발데인성Clear to not
비중3.516–3.525
굴절률2.417
플레이오크로이즘없음
퓨저블리티공기 중 700 °C 이상에서 연소.
용해성산에 내성이 있지만 고온의 강철에서 불가역적으로 용해됨
기타 특성비등점 = 없음, 고체 상태로 분해되기 전의 매우 낮은 증기 압력
주요 품종
발라스구형, 방사형 구조, 암호화 스트리스탈린, 불투명 검은색
보르트형체가 불량하고, 암호화되지 않으며, 형체가 없고, 반투명함
카르보나도매시브, 마이크로크리스탈린, 불투명 블랙

다이아몬드는 탄소 원자가 다이아몬드 큐빅이라고 불리는 특정한 형태의 입방 격자 안에 배열되어 있는 탄소의 할당로프다.불투명도에 투명하고 일반적으로 등방성(불확실성 또는 매우 약한 bireflingence)인 결정이다.다이아몬드는 자연적으로 가장 잘 발생하는 물질이다.그러나 중요한 구조적 취약성 때문에 벌크 다이아몬드의 강인성은 좋은 것만 같다.벌크 다이아몬드의 정밀 인장 강도는 거의 알려져 있지 않지만, 60 GPA까지의 압축 강도는 관찰되었으며, 마이크로/나노미터 크기의 전선이나 바늘(직경 100~300nm, 마이크로미터 길이)의 형태로 90–100 GPA에 달할 수 있으며, 최대 인장 탄성 스트레인은 9%[1][2]를 초과할 수 있다.다이아몬드 경도의 음이소트로피는 다이아몬드를 자를 때 신중하게 고려된다.다이아몬드는 높은 굴절률(2.417)과 적당한 분산(0.044) 특성을 갖고 있어 컷 다이아몬드의 화려함을 준다.과학자들은 다이아몬드를 존재하는 결정학적 결함의 성격에 따라 4가지 주요 유형으로 분류한다.다이아몬드의 결정 구조에서 탄소 원자를 대체적으로 대체하는 불순물을 추적하는 것, 그리고 어떤 경우에는 구조적인 결함이 다이아몬드에서 보이는 광범위한 색상의 원인이 된다.대부분의 다이아몬드는 전기 절연체와 매우 효율적인 열전도체다.다른 많은 광물과 달리 다이아몬드 결정의 비중(3.52)은 다이아몬드에서 다이아몬드까지의 편차가 다소 작다.

경도와 결정구조

고대 그리스인들에게 Δδμας(아다마스, '적당하고, 바꿀 수 없고, 깨지지 않는 것')[3]로 알려져 있으며, 때로는 단호하다고 불리기도 하는 다이아몬드는 자연적으로 가장 잘 알려진 물질이며, 광물 경도의 모스 척도에서 10의 정의 역할을 한다.다이아몬드는 다이아몬드 큐빅이라고 알려진 결정 구조 때문에 매우 강하며, 각 탄소 원자는 네 개의 이웃을 균일하게 결합한다.질산염(c-BN)은 다이아몬드처럼 단단하다.다이아몬드는 강철과 같은 일부 물질과 반응하고, c-BN은 그것들을 자르거나 줄이면 덜 마모된다. (그들의 아연블렌드 구조는 다이아몬드 입방 구조와 같지만, 원자의 종류가 번갈아 나타난다.)현재 가설 물질인 베타 질화물(β-)CN34)은 한 가지 형태로도 그만큼 단단하거나 단단할 수 있다.나노미터 곡물 크기의 일부 다이아몬드 골재는 기존 대형 다이아몬드 결정체보다 단단하고 단단해 연마재로서의 성능이 우수한 것으로 나타났다.[4][5]다이아몬드 테스트에 새로운 초경질 재료를 사용했기 때문에, 더 정확한 값은 다이아몬드 경도로 알려져 있다.순수(즉, 타입 IIa) 다이아몬드의 [111] 결정 방향(입방체의 가장 긴 대각선)에 수직인 표면은 나노다이아몬드 팁으로 긁었을 때 경도 값이 167 GPA인 반면 나노다이아몬드 샘플 자체는 다른 나노다이아몬드 팁으로 시험했을 때 310 GPA의 값을 갖는다.테스트는 테스트 중인 샘플보다 단단한 소재로 만든 팁으로만 제대로 작동하기 때문에 나노다이아몬드의 실제 값은 310 GPA보다 다소 낮을 가능성이 높다.[4]

다이아몬드 입방 단위 셀의 시각화: 1. 단위 셀의 구성 요소, 2.1단위 셀, 3. 3×3단위 셀의 격자
상온에서 어금니 부피 vs 압력.
다이아몬드 격자의 3D 볼앤스틱 모델

최대 60개의 GPA가 관찰되었지만 다이아몬드의 정확한 인장 강도는 알 수 없으며, 이론적으로는 샘플 용적/크기, 다이아몬드 격자의 완전성 및 방향에 따라 90–225 GPA가 될 수 있다.인장 강도는 [100] 결정 방향(입방면까지의 정규)[6]에서 가장 높으며, [110] 축에서는 더 작으며 [111] 축에서는 가장 작다(가장 긴 입방체 대각선).다이아몬드는 또한 어떤 재료 중에서 가장 작은 압축성 중 하나를 가지고 있다.

입방 다이아몬드는 완벽하고 쉬운 팔면 분할을 가지고 있는데, 이는 결합이 적은 팔면체의 면에 따라 가는 약진 방향과 더불어 다이아몬드가 무딘 충격에 쉽게 쪼개져 매끄러운 표면을 남길 수 있다는 것을 의미한다.마찬가지로 다이아몬드의 경도는 현저하게 방향성이 있다: 가장 단단한 방향은 입방체 표면에 대각선으로, 가장 부드러운 방향인 도두면보다 100배 더 단단하다.팔면평면은 양 극단의 중간이다.다이아몬드를 자르는 과정은 이 방향성 경도에 크게 의존한다. 그것이 없다면 다이아몬드는 패션이 거의 불가능할 것이기 때문이다.클레이비지는 특히 커터가 결함이 있는 물질을 제거하거나 같은 러프 조각(예: 컬리난 다이아몬드)에서 둘 이상의 돌을 생산하고자 하는 큰 돌에서도 도움이 되는 역할을 한다.[7]

다이아몬드는 다이아몬드 큐빅 크리스털 시스템(우주군 Fd3m)에서 결정화되며 사면체, 공칭 결합 탄소 원자로 구성된다.육각 대칭을 가진 론스데일라이트라는 두 번째 형태도 발견되었지만 극히 드물고 운석이나 실험실 합성에서만 형성된다.각 원자의 지역 환경은 두 구조에서 동일하다.이론적인 관점에서 볼 때 론스데일라이트는 다이아몬드보다 더 단단할 것으로 예상되지만, 이 가설을 시험하기에는 가용한 돌의 크기와 품질이 부족하다.[8]수정 습관으로 볼 때 다이아몬드는 삼각형의 윤곽이 있는 쌍꺼풀, 납작한 옥타헤드라(잘 형성된 형태) 또는 둥근 옥타헤드라(옥타헤드라)로 가장 많이 발생한다.다른 형태로는 도데카헤드라와 정육면체 등이 있다.질소 불순물이 우물 모양의 유골 결정 형성에 중요한 역할을 한다는 증거가 있다.컬리난 다이아몬드처럼 발견된 가장 큰 다이아몬드는 형체가 없었다.이 다이아몬드는 순수하기 때문에(즉, 타입 II) 질소가 거의 들어 있지 않다.[7]

다이아몬드 팔면체의 얼굴은 단단하기 때문에 윤기가 왕성하다; 삼각형 모양의 성장 결함(트리거)이나 에치 피트가 얼굴에 나타나는 경우가 많다.다이아몬드의 골절은 불규칙하다.팔면면에 여러 개의 스텝이 형성되어 거의 둥글게 된 다이아몬드는 흔히 껌처럼 생긴 피부(니프)로 코팅된다.스텝드 페이스, 성장 결함, nyf의 조합은 "비늘" 또는 골절된 외모를 만들어 낸다.많은 다이아몬드가 너무 일그러져 있어서 거의 알아볼 수 없는 수정 면은 거의 없다.브라질과 콩고 민주공화국에서 발견된 몇몇 다이아몬드는 다결정질이고 불투명하고 어두운 색상의 구형의 방사상 질량의 작은 결정체로 발생한다; 이것들은 발라스로 알려져 있고 단일 결정 다이아몬드의 갈라진 면들이 부족하기 때문에 산업에 중요하다.Carbonado는 형태가 없는 질량에서 발생하는 유사한 불투명 마이크로크리스탈린 형태다.발라스 다이아몬드처럼, 카르보나도 갈라진 평면이 부족하고 그것의 비중은 2.9에서 3.5까지 매우 다양하다.브라질, 베네수엘라, 가이아나에서 발견된 보르트 다이아몬드는 산업용 다이아몬드의 가장 흔한 유형이다.그것들은 또한 다결정질이고 종종 제대로 결정되지 않는다; 그것들은 반투명하고 쉽게 쪼개진다.[7]

그것의 큰 경도와 강한 분자 결합 때문에, 잘린 다이아몬드의 면과 면 가장자리는 가장 평평하고 날카롭게 보인다.다이아몬드의 표면 완성도의 이상한 부작용은 지방질 공포증과 결합한 것이다.이전의 성질은 다이아몬드 위에 놓인 한 방울의 물이 일관성 있는 방울을 형성하는 반면, 다른 대부분의 광물에서는 물이 표면을 덮기 위해 퍼져 나간다는 것을 의미한다.마찬가지로, 다이아몬드는 특이하게 지방질이어서, 그리스와 기름이 다이아몬드 표면에 쉽게 모인다.반면에 다른 광물 기름은 일관된 방울을 형성하고, 다이아몬드 위에 기름은 퍼질 것이다.이 성질은 의심스러운 다이아몬드 시뮬런트의 표면에 한 줄의 그리스를 바르는 이른바 "그리스 펜"을 사용하는 데 이용된다.다이아몬드 표면은 표면 탄소 원자가 수소 원자, 표면 원자가 산소 원자 또는 히드록실 라디칼로 종결될 때 소수성이 있다.450 °C 이상의 온도에서 적절한 가스를 함유한 가스 또는 플라스마로 처리하면 표면 특성이 완전히 바뀔 수 있다.[9]자연적으로 발생하는 다이아몬드는 표면이 산소의 1/2도 안 되는 단층 커버리지로 되어 있고, 균형이 수소가 되며, 그 행동은 적당히 소수성이 있다.이를 통해 광산의 다른 광물로부터 소위 "기름벨트"[10]를 이용하여 분리할 수 있다.

강인함

앵글 그라인더 블레이드의 다이아몬드

긁힘에 대한 저항만 나타내는 경도와 달리 다이아몬드의 강인함이나 끈기는 선에 공정할 뿐이다.강인함은 추락이나 충격으로 인한 파손에 저항하는 능력과 관련이 있다.다이아몬드의 완벽하고 손쉬운 갈라짐 때문에 깨지기 쉽다.다이아몬드는 보통 망치로 치면 산산조각이 난다.[11]천연다이아몬드의 강도는 2.0 MPa asm으로1/2 측정돼 아쿠아라마린(파란색)과 같은 다른 원석에 비해서는 양호하지만 대부분의 공학적 소재에 비해서는 열악하다.어떤 재료와 마찬가지로 다이아몬드의 거시적 기하학적 형상은 파손에 대한 저항성에 기여한다.다이아몬드는 갈라진 평면을 가지고 있기 때문에 어떤 방향에서는 다른 방향보다 더 연약하다.다이아몬드 커터는 이 속성을 사용해서 몇 개의 돌을 깎는 데 사용한다.[12][13]

발라스와 카르보나도 다이아몬드는 다결정 다이아몬드보다 훨씬 단단하기 때문에 예외적이다. 그들은 깊은 굴착 비트와 다른 까다로운 산업 용도에 사용된다.[14]다이아몬드의 특별한 표면 모양은 깨지기 쉬우므로 평판이 좋은 보험 회사들은 이해할 수 없을 것이다.이 훌륭한 보석 조각은 부서지거나 부스러질 가능성을 줄이기 위해 특별히 고안되었다.[7]

고체 이물질 결정체는 일반적으로 다이아몬드에 존재한다.그것들은 대부분 올리빈, 가넷, 루비, 그리고 많은 다른 미네랄들이다.[15]이러한 기타 포함 요소(예: 내부 골절 또는 "모양")는 다이아몬드의 구조적 무결성을 손상시킬 수 있다.유리창에 골절이나 충치를 주입하여 선명도를 향상시키기 위해 강화한 절단 다이아몬드는 특히 깨지기 쉬운데, 이는 유리가 초음파 세척이나 보석상의 횃불의 가혹함을 견디지 못하기 때문이다.골절 처리된 다이아몬드는 부적절하게 처리될 경우 산산조각이 날 수 있다.[16]

압력 저항

고압 환경을 조성하기 위해 이른바 다이아몬드 앤빌 실험에 사용되는 다이아몬드는 600기가파스칼(600만 대기압)을 넘는 압착 압력을 견딜 수 있다.[17]

광학 특성

색과 그 원인

고압고온기법으로 다양한 색상의 합성다이아몬드, 다이아몬드 크기는 ~2mm
순수 다이아몬드, 조사 전/후 및 어닐링.왼쪽 하단에서 시계방향으로: 1) 초기(2mm × 2mm), 2–4) 2MeV 전자 2개의 다른 선량으로 조사, 5–6) 다른 선량으로 조사하여 800 °C에서 분해했다.
주요 기사:다이아몬드의 결정학적 결함

다이아몬드는 다양한 색깔로 나타난다: 검은색, 갈색, 노란색, 회색, 흰색, 파란색, 주황색, 보라색에서 분홍색, 빨간색.채색 다이아몬드는 대체 불순물, 구조적 결함 등 결정학적 결함을 포함하고 있어 채색을 유발한다.이론적으로 순수한 다이아몬드는 투명하고 무색할 것이다.다이아몬드는 존재하는 결함의 특성과 그것들이 빛 흡수에 미치는 영향에 따라 과학적으로 두 가지 주요 유형과 여러 가지 하위 유형으로 분류된다.[7]

I형 다이아몬드는 최대 1%의 농도로 질소(N) 원자를 주요 불순물로 가지고 있다.N 원자가 쌍 또는 더 큰 골재일 경우, 그것들은 다이아몬드의 색상에 영향을 주지 않는다; 이것들은 타입 Ia이다.보석 다이아몬드의 약 98%는 Ia형이다. 이 다이아몬드들은 이전에 남아공의 케이프 지방으로 알려진 다이아몬드가 풍부한 지역의 이름을 따서 이름이 붙여진 케이프 시리즈에 속한다. 이 다이아몬드는 주로 Ia형이다.질소 원자가 (쌍을 이루거나 그룹화되지 않은) 고립된 부위에서 결정 전체에 분산되면, 그들은 돌에 강렬한 노란색이나 가끔 갈색 틴트(Ib형)를 준다; 희귀한 카나리아 다이아몬드는 알려진 천연 다이아몬드의 0.1%에 불과한 이 유형에 속한다.질소가 함유된 합성 다이아몬드는 대개 Ib형이다.Ia형 및 Ib 다이아몬드는 전자기 스펙트럼의 적외선과 자외선 영역 모두에서 320nm에서 흡수된다.또한 형광 및 가시 흡수 스펙트럼도 있다(광학 특성 참조).[18]

II형 다이아몬드는 질소 불순물이 있을 경우 매우 적다.순수(타입 IIA) 다이아몬드는 수정 성장 중 플라스틱 변형으로 발생하는 구조적 이상 때문에 분홍색, 빨간색 또는 갈색으로 채색될 수 있다.[19] 이 다이아몬드는 희귀하지만(원석 다이아몬드의 1.8%) 호주 다이아몬드의 큰 비율을 차지한다.보석 다이아몬드의 약 0.1%를 차지하는 타입 IIb 다이아몬드는 결정 행렬 안에 흩어져 있는 붕소 원자로 인해 보통 강철 같은 청색이나 회색이다.이 다이아몬드는 다른 다이아몬드 유형과는 달리 반도체도 된다(Electrical Properties 참조).호주의 아르기일 광산에서 나오는 대부분의 블루 그레이 다이아몬드는 IIb형이 아니라 Ia형이다.그 다이아몬드들은 많은 양의 결함과 불순물(특히 수소와 질소)을 함유하고 있으며 그 색의 기원은 아직 확실하지 않다.[20]II형 다이아몬드는 적외선의 다른 영역(흡수는 불순물이 아닌 다이아몬드 격자 때문)에서 약하게 흡수되며, I형 다이아몬드와 달리 225nm 이하의 자외선으로 전달된다.또한 형광 특성은 다르지만 식별할 수 있는 가시 흡수 스펙트럼은 없다.[18]

특정한 다이아몬드 강화 기법은 일반적으로 파란색, 녹색, 노란색, 빨간색, 검은색 등 일련의 색상을 인공적으로 생산하는데 사용된다.색 강화 기법은 보통 사이클로트론을 통한 양성자 폭격, 원자로 더미에서의 중성자 폭격, Van de Graaff 발전기의 전자 폭격 등을 포함한 조사를 포함한다.이 고에너지 입자들은 물리적으로 다이아몬드의 결정 격자를 변화시켜 탄소 원자를 제자리에 떨어뜨리고 색의 중심을 만들어 낸다.색 침투의 깊이는 기술과 그 지속 기간에 따라 달라지며, 경우에 따라서는 다이아몬드가 어느 정도 방사능에 노출될 수도 있다.[7][21]

어떤 조사된 다이아몬드는 완전히 자연스럽다; 한 유명한 예는 드레스덴 그린 다이아몬드다.[10]이러한 자연석에서는 대개 마이크로미터 깊이에 불과한 작은 조각의 형태로 "방사선 화상"(우라늄 광석에서 발원한 알파 입자에 의한 자연 조사)에 의해 색이 전달된다.또한 타입 IIa 다이아몬드는 고압 고온(HPHT) 공정을 통해 구조적인 변형이 "복제"되어 다이아몬드 색상의 대부분을 제거하거나 전체를 제거할 수 있다.[22]

루스터

둥근 벽돌로 자른 다이아몬드가 흩어진 것은 많은 반사면을 보여준다.

다이아몬드의 광택은 '아다만틴'으로 묘사되는데, 이것은 단순히 다이아몬드 같은 것을 의미한다.제대로 깎은 다이아몬드의 면에 대한 반사는 평평하기 때문에 왜곡되지 않는다.다이아몬드의 굴절률(나트륨 빛을 통해 측정된 589.3nm)은 2.417이다.구조상 입방체이기 때문에 다이아몬드도 등방성이다.0.044의 높은 분산(가시적 스펙트럼에 걸친 굴절률의 분산)은 절단된 다이아몬드의 감지 가능한 화재에서 나타난다.투명한 돌에서 보이는 프리즘 색의 발화인 이 불은 아마도 보석 관점에서 다이아몬드의 가장 중요한 광학 특성일 것이다.비록 화려한(즉, 특이한) 다이아몬드의 몸 색깔은 그들의 불을 어느 정도 숨길 수 있지만, 돌에서 보이는 불의 중요성이나 양은 다이아몬드 컷의 선택과 관련된 비율(특히 왕관 높이)에 의해 크게 영향을 받는다.[21]

20개 이상의 다른 미네랄은 티타나이트 0.051, 라다이트 0.057, 카시테라이트 0.071, 스트론튬 타이탄산염 0.109, 스팔레라이트 0.156, 합성 루타일 0.330, 신나바르 0.4 등 다이아몬드보다 분산(파란 및 적색광의 굴절률 차이)이 더 높다(분산 참조).[23]그러나 영리한 마케팅은 물론 극도의 경도, 마모, 화학적 저항성을 지닌 산포의 조합이 다이아몬드의 특출한 가치를 원석으로서 결정한다.

형광

합성 다이아몬드(폭 ~ 3 mm)에서 절단한 플레이트에서 사진(위) 및 UV에서 방출된 광 발광 이미지(아래)노란색과 녹색 방출의 대부분은 니켈 불순물에서 비롯된다.

다이아몬드는 형광, 즉 장파 자외선(365nm) 아래에서 다양한 색상과 강도의 빛을 발산한다.케이프 시리즈 스톤(타입 Ia)은 보통 파란색을 형광색상으로 나타내며, 이 돌들은 또한 노란색을 인광색으로 나타낼 수 있는데, 이것은 원석들 사이에서 독특한 성질이다.다른 가능한 장파 형광 색상은 녹색(대개 갈색 돌), 노란색, 마우브 또는 빨간색(타입 IIB 다이아몬드)이다.[24]천연 다이아몬드에서는 일반적으로 단파 자외선에 대한 반응이 거의 없지만, 그 반대의 경우는 합성 다이아몬드에 해당된다.일부 자연형 다이아몬드 IIb는 단파 자외선에 노출된 후 파란색 인광을 발한다.천연 다이아몬드에서 X선 아래의 형광은 일반적으로 푸르스름한 흰색, 노랑색 또는 초록색이다.일부 다이아몬드, 특히 캐나다 다이아몬드는 형광이 없다.[18][21]

발광 색의 기원은 종종 불분명하고 독특하지 않다.타입 IIa와 IIb 다이아몬드의 푸른색 방출은 전자 현미경의 이탈과 직접적으로 연관시킴으로써 이탈과 신뢰성 있게 구별된다.[25]그러나 Ia 다이아몬드의 파란색 방출은 탈구 또는 N3 결함(공백에 인접한 질소 원자 3개) 때문일 수 있다.[26]천연 다이아몬드의 녹색 방출은 대개 H3 중심(공석으로 분리된 2개의 대체 질소 원자)에 기인하는 반면,[27] 합성 다이아몬드에서는 촉매로 사용되는 니켈에서 기인한다(그림 참조).[18]주황색 또는 적색 방출은 다양한 이유로 인해 발생할 수 있는데, 하나는 모든 종류의 다이아몬드, 심지어 타입 IIb에도 충분한 양이 존재하는 질소 배출 센터일 수 있다.[28]

광학 흡수

케이프 시리즈(Aia) 다이아몬드는 415.5nm의 바이올렛에서 미세한 선으로 구성된 가시 흡수 스펙트럼(직시 분광기를 통해 볼 수 있음)을 가지고 있지만, 다이아몬드가 매우 낮은 온도로 냉각될 때까지 이 선은 보이지 않는 경우가 많다.이와 연관된 선은 478nm, 465nm, 452nm, 435nm, 423nm로 약하다.이 모든 선은 N3 및 N2 광학 중심이라는 레이블이 붙어 있으며 결함에 인접한 세 개의 질소 원자로 구성된 결함과 연관되어 있다.다른 스톤은 추가 띠를 보여준다: 갈색, 녹색 또는 노란색 다이아몬드는 504nm(H3 중심, 위 참조)에서 녹색 띠를 나타내며,[27] 때때로 537nm와 495nm(H4 중심, 4개의 대체 질소 원자와 2개의 격자 공실을 포함하는 큰 복합체)에서 2개의 약한 띠를 추가로 동반하기도 한다.[29]IIb 다이아몬드는 대체 붕소로 인해 극적색에서 흡수될 수 있지만, 그렇지 않으면 관측 가능한 가시 흡수 스펙트럼이 나타나지 않는다.[7]

보석 실험실은 자연 다이아몬드와 인공 다이아몬드, 그리고 색상으로 강화된 다이아몬드를 구별할 수 있는 분광도계 기계를 사용한다.분광도계는 액체 질소로 냉각된 다이아몬드의 적외선, 가시광선, 자외선 흡수 및 발광 스펙트럼을 분석하여 정상적으로 분간할 수 없는 텔테일 흡수선을 검출한다.[7][30]

전기적 특성

다이아몬드는 좋은 전기 절연체로, 저항성이 100 GΩmm에서 1 EΩmm[31](10×1011 – 10×1018 Ωm)이다.대부분의 천연 블루 다이아몬드는 예외적이며 탄소 원자를 대체하는 보론 불순물로 인한 반도체다.호주의 아르기일 다이아몬드 광산에서 흔히 볼 수 있는 천연 청색 또는 청회색 다이아몬드는 수소가 풍부하다; 이 다이아몬드들은 반도체가 아니며 수소가 실제로 청회색의 원인이 되는지는 불분명하다.[20]붕소가 함유된 천연 블루 다이아몬드와 붕소가 도핑된 합성 다이아몬드는 p형 반도체다.N형 다이아몬드 필름은 화학 증기 증착 시 인 도핑에 의해 재현적으로 합성된다.[32]다이오드 p-n 접합부와 UV 발광 다이오드(LED, 235nm)는 p형(보론 도핑)과 n형(인광 도핑) 층의 순차적 증착에 의해 생성되었다.[33]다이아몬드의 전자적 특성 또한 변형 공학에 의해 조절될 수 있다.[34]

다이아몬드 트랜지스터는 (연구용)[35]SiN 유전체 층이 있는 FET와 SC-FET가 만들어졌다.[36]

2004년 4월 네이처지는 초전도 전환 온도 4K 이하에서 고온과 고압에서 합성된 붕소 도핑 다이아몬드가 대량 초전도체라고 보도했다.[37]이후 다양한 화학 증기 증착 기법에 의해 성장한 중 붕소 도포 필름에서 초전도성이 관찰되었으며, 가장 높은 보고된 전환 온도(2009년까지)는 11.4K이다(2009년도까지). ([38][39]Covalent 초전도체#Diamond

칼륨과 혼합된 다이아몬드 나노크리스탈에서 흔치 않은 자기 특성(스핀 유리 상태)이 관찰되었다.[40]파라마그네틱 호스트 물질과 달리, 상호보정 나노다이아몬드의 자기 감수성 측정에서는 5K에서 뚜렷한 강자성 거동이 나타났다.이는 흑연이나 C60 풀레렌의 칼륨 간극 결과와 본질적으로 다르며, sp3 본딩이 탄소의 자기 순서를 촉진한다는 것을 보여준다.측정은 나노크리스탈린 다이아몬드 시스템에서 상호교정 유도 스핀글라스 상태에 대한 첫 번째 실험 증거를 제시하였다.

열전도도

대부분의 전기 절연체와 달리 다이아몬드는 강한 공밸런스 본딩과 낮은 포논 산란력 때문에 열의 좋은 전도체다.천연다이아몬드의 열전도도는 약 2200W/(m·K)로 측정돼 가장 열전도성 금속인 은보다 5배 많았다.99.9%까지 농축된 모노크리스탈린 합성 다이아몬드는 탄소 나노튜브와 그래핀 모두에서 열전도율이 우수하다는 보고가 존재하지만, 실온에서 알려진 고체의 열전도율이 3320W/(m·K)로 가장 높았다.[41][42]다이아몬드는 열전도율이 워낙 높아 실리콘 등 반도체 소재가 과열되는 것을 막기 위해 이미 반도체 제조에 사용되고 있다.낮은 온도에서는 전도성이 더욱 좋아지고, 104K(12C-enrichd diamond)에서 41000 W/(m/K)에 도달한다.[42]

다이아몬드의 높은 열전도율은 다이아몬드와 모조품을 구별하기 위해 전자 열 탐사기를 사용할 수 있는 보석상과 보석학자에 의해 사용된다.이 프로브는 미세한 구리 끝에 장착된 배터리 구동 서미스터 한 쌍으로 구성된다.한 서미스터는 가열 소자로 기능하고 다른 서미스터는 구리 팁의 온도를 측정한다. 다른 서미스터는 시험 대상 돌이 다이아몬드일 경우 측정 가능한 온도 강하를 발생시킬 수 있을 정도로 빠르게 팁의 열 에너지를 전도한다.이 시험은 2~3초 정도 걸린다.그러나 오래된 탐침은 열전도율이 비슷한 다이아몬드의 대안으로 1998년 도입된 실리콘 카바이드의 결정광물 형태인 모이사나이트에 속게 된다.[7][30]

기술적으로, 다이아몬드의 높은 열전도율은 고급 전력 전자 장치의 효율적인 열 제거에 사용된다.다이아몬드는 강한 국소 RF장을 생성하기 위해 사용되는 고출력 무선 주파수()RF 마이크로코일의 열 관리 등 열제거 물질의 전기 전도성을 용인할 수 없는 상황에서 특히 매력적이다.[43]

열안정성

다이아몬드와 흑연은 탄소의 두 할당량이다: 구조가 다른 같은 원소의 순수한 형태다.

탄소의 한 형태로서, 다이아몬드는 700 °C 이상 가열되면 공기 중에 산화된다.[44]예를 들어, 고순도 아르곤 가스의 흐름에서 산소가 없을 경우, 다이아몬드는 약 1700 °C까지 가열될 수 있다.[45][46]그것의 표면은 검게 그을리지만, 다시 광을 내면 회복될 수 있다.고압(약 20GPA)에서는 최대 2500℃까지 다이아몬드를 가열할 수 있으며,[47] 2009년에 발표된 보고서에 따르면 다이아몬드는 3000℃ 이상의 온도를 견딜 수 있다.[48]

다이아몬드는 고온과 극한 압력 하에서 지구 깊은 곳에서 형성되는 탄소 결정체다.표면 공기 압력(대기 1개)에서는 다이아몬드가 흑연만큼 안정적이지 못하므로 다이아몬드의 붕괴는 열역학적으로 유리하다(ΔH = -2 kJ/mol).[21]그래서 '다이아몬드는 영원하다'[49]는 슬로건 아래 1948년부터 적어도 2013년까지 이어진 드 비어스의 광고 캠페인과 달리 다이아몬드는 분명 영원하지 않다.그러나, 매우 큰 운동 에너지 장벽 때문에 다이아몬드는 측정 가능하다; 그것들은 정상적인 조건에서 흑연으로 썩지 않을 것이다.[21]

참고 항목

참조

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추가 읽기

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외부 링크