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IBM-옥스퍼드大, 새로운 탄소 분자 개발
시클로카본, 다른 탄소와 결합…新탄소화합물 제작 가능
기사입력: 2019/08/19 [09:07]  최종편집: TIN 뉴스
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TIN뉴스

탄소 원자 18개로 9각형 구조의 분자 형성

 

▲ IBM 리시치와 영국 옥스퍼드대학 공동 연구팀이 개발한 탄소분자 시클로가본(Cyclocarbon).  © TIN뉴스

 

섬유분야에서 유리섬유와 무기섬유 등과 함께 일본 수출규제 품목으로 지정된 탄소섬유의 국산화에 대한 관심과 지원이 일고 있는 가운데 새로운 탄소 분자가 개발되어 주목받고 있다.

 

스위스 취리히의 IBM 리서치와 영국 옥스퍼드대학 공동연구팀이 새로운 탄소 분자를 개발했다.

‘시클로카본’(Cyclocarbon)으로 명명한 새로운 탄소 분자는 탄소사슬을 형성하고 있는 탄소원자 18개가 각각 2개씩 한 면을 이루면서 9각형을 이루고 있다. 이 분자는 다른 탄소와 결합이 가능해 새로운 탄소화합물 제작이 가능하다. 

 

‘시클로카본’은 탄소 사슬을 구성하는 탄소 원자들이 (두 원자 사이에 전자쌍을 공유하는) 공유 결합에 의해 다각형 구조를 이루고 있는 분자 형태의 가상 화합물을 뜻한다. 탄소 원자 수에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

 

그동안 IBM 리서치와 영국 옥스퍼드대학 공동 연구진은 가설 수준에 머물고 있는 시클로카본을 실현할 수 있다고 주장해왔다. 정밀한 컴퓨터 제어를 통해 18개의 탄소 원자에 몰(mol) 당 72㎉의 에너지를 가해 열역학적으로 매우 안정된 탄소 분자를 만들 수 있다고 보고 연구를 진행해왔으며, 마침내 성공했다.

 

공동 연구팀은 “5K(켈빈온도) 상태의 구리(Cu)‧염화나트륨(NaCl)의 이중층 위에서, 시클로카본 산화물 C24O6으로부터 일산화물을 제거하는 방식으로 원자들을 구성한 결과 원자 18개를 결합한 ‘시클로카본’을 만들어내는데 성공했다”고 설명했다.

 

무엇보다도 시클로카본은 다이아몬드, 흑연, 그래핀, 버키볼, 탄소나노튜브 등 다른 탄소동소체와 결합이 가능하기 때문에 이론적으로 거의 무한대에 가까울 만큼 새로운 화합물을 창출할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

 

연구에 참여한 IBM 리서치의 물리학자 카타리나 카이저(Katharina Kaiser) 박사는 “추가 연구를 통해 9각형을 넘어 더 많은 수의 다각형을 지닌 원통 모양의 탄소 분자를 만드는 일이 가능하다.”며, 새로운 탄소 원자 개발 가능성을 시사했다.

과학자들이 시클로카본에 관심을 갖게 된 것은 가스 안에서 특이한 형태의 탄소 결합을 발견했기 때문이다.

 

과학자들은 이 결합에 관심을 갖고 그 구조를 모방하려 했지만 원자들이 어떤 식으로 결합돼 있는지 밝혀낼 수 없었다. 이번 연구 결과는 시클로카본이 원자 사이에 전자쌍을 공유하고 있으며, 원자들이 단일결합과 삼중결합을 하고 있다는 사실을 말해주고 있다.

 

그동안 과학자들은 분자 구조를 측정하는데 컴퓨터가 올바른 답을 줄 수 있을지 의문을 품어왔다.

그러나 이번 연구 결과로 또 다른 분자 구조의 연산이 가능해지고 다른 분자구조를 밝혀내는 데 도움을 줄 것으로 예상하고 있다. UCLA의 화학자 이브스 루빈(Yves Rubin) 교수는 “향후 미지의 분자 구조를 분석하는 데 자신을 얻게 됐다”고 말했다.

 

이번 연구 결과는 지난 15일 사이언스지에 ‘An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon’이라는 논문명으로 게재됐다.

 

장웅순 기자 tinnews@tinnews.co.kr

 

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