플러렌의 발견

플러렌의 발견

박태준

이 글은 2년 전에 한국화학공학회 요청에 의해서 나이스지에 연재한 논문을 발 췌한 것으로서 우주 공간에 존재하는 탄소 동소체 플러렌(Fullerene)을 지구상에 합성한 3인의 과학자가 노벨상을 수상하기까지 숨은 이야기이다. 이를 소개하고자 한다.

플러렌은 일반인이나 학자들 간에서도 조금 생소한 이름이다. 끝없는 우주공간을 관측하던 천문학자들은 우주 별들의 공간을 관측하면서 거대한 붉은 별에서 탄소 원자의 체인이 존재한다는 사실을 발견하였다. 지구로부터 6,500 광년(1광년은 빛

의 속도 30만 Km/초를 1년간 가는 거리) 떨어진 별을 적외선 망원경으로 관찰한 과학 자들은 지구상에서도 우주와 같은 조건을 만들어주면 우주에 존재하는 물질을 만들 수 있다는 생각을 하게 되었다.

미국 라이스 대학 스몰리 교수와 동료 교수인 컬 교수, 그리고 영국의 서섹스 대학 크로토 교수 3인이 공동 연구를 통해 드디어 1986년 우주에 존재하는 신물질인 플러렌을 지구상에서 합성하였다.

그들은 플러렌 생산을 위해 우주와 비슷한 환경을 조성하기 위해 진공 장치 속에

서 강한한 레이저빔을 흑연에 쏘아 증발시킨 후 혼합가스를 팽창시켜 급격히 냉각

시켰다. 이 때 레이저의 높은 에너지로 인해 탄소가 흑연의 표면에서 떨어지면서 새로운 결합을 이뤄 흑연과는 전혀 다른 분자 구조의 새로운 화합물을 생성하였다. 이것이 우주에 존재하던 새로운 탄소 동소체인 플러렌(C60)을 지구상의 실험실에

서 생산한 첫 발견이다. 이때까지 과학자들은 순수한 탄소 형태는 흑연과 다이아몬 드 두 가지로 믿고 있었다.

플러렌 개발자들은 탄소의 새로운 분자 구조가 축구공과 비슷하여 12개의 5각형

과 20개의 6각형으로 형성되고 각각의 5각형은 완벽하게 6각형에 둘러 싸였다는 가설을 제안하였다.

1985년 이들 3인의 과학자들이 발견한 플러렌은 전 세계 많은 과학자들의 관심과 연구 대상이 되었다. 플러렌의 발견은 50억분의 1초 이내에 탄소의 아주 적은 양을 기화 시킨 첨단 장비의 사용으로 가능 해졌다. 그러나 이 실험에서의 문제점은 제

안된 플러렌의 구조를 정확하게 입증할 수 있는 실험을 위한 충분한 양의 플러렌을 생산할 수 없다는 사실이었다.

따라서 플러렌을 발견한 1985년부터 1990년까지 수많은 과학적인 논쟁이 끊이지 않았다. 신물질 개발자들에 대한 혹독한 비판에도 불구하고 플러렌 개발자들은 인

내심으로 그들의 가설을 잘 지켜 나갔다. 1990년 크라치머가 플러렌을 싸게 대량 생산할 수 있는 방법을 개발함으로써 플러렌의 특성과 구조 등에 관한 연구를 가능 하게 하였다. 그 공로를 인정해 1996년 스웨덴 한림원은 플러렌의 개발 공로로 크로토, 컬, 스몰리 3인에게 공동으로 노벨상을 수상하였다.

플러렌은 다이아몬드만큼 강하며 강철보다 100배나 강하다. 플러렌은 안정적인 물질로서 유도체를 개발함으로써 다른 물질과 쉽게 반응한다. 플러렌은 향후 물리, 화학, 재료 및 에너지 분야에 활용될 것으로 기대된다. 특히 미래 첨단 기술과 연 계하여 광소자, 기체 저장, 고분자 재료, 의약품, 탐지소자, 다이아몬드, 태양 전지, 고강도 신소재, 컴퓨터 기억 소자, 우주 항공 및 환경 분야에 광범위하게 활용될 것 으로 전망된다.

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