천연산과 똑 같은 실험실에서 만든 다이아몬드가 저렴하게 판매된다.

(서해, 2019. 9)

지구 내부에서 수 십 억 년의 시간을 거쳐 만들어진 결정체 다이아몬드을 실험실에서 1주

만에 자연산 다이아몬드처럼 만들 수 있게 되었다. 세계 최대의 다이아몬드관련 기업인

영국이 드비어스 그릅은 지난달 합성 다이아몬드를 주축으로 한 새 보석 브랜드

'라이트박스 (Lightbox)'를 출시 한다"고 밝혔다. 지하 광산이 아닌 공장에서 합성한

다이아몬드를 보석 시장에 내놓겠다는 것이다.

과거 공업용으로 합성 다이아몬드가 만들어진 적은 있지만 보석용으로 대량 생산에 들어가

는 것은 사실상 처음이다. 드비어스는 라이트박스 브랜드를 통해 천연 제품의 10~15% 수준

의 저가 다이아몬드를 내놓을 것으로 알려져 향후 전 세계 보석시장을 뒤흔들 것으로 보인

다. 1캐럿 다이아몬드를 800달러 (한화 85만원)에 내놓을 예정이다. 현재 1캐럿 다이아몬드

는 최대 800만 원 대에서 거래되고 있다.

인공 다이아몬드가 보석 시장에까지 진출한 것은 최근 고 순도의 인공 다이아몬드 합성기

술이 발전했기 때문이다. 다이아몬드 합성은 이전에도 몇 차례 성공한 적이 있지만 대부분

공업용에만 쓸 수 있을 정도로 크기가 작았고, 천연 다이아몬드와 경쟁할 만큼 품질이 뛰어

나지 않았다. 대량 생산에도 한계가 있었다. 하지만 현재 개발된 합성 다이아몬드는 보석 전

문가들조차 구분하기 어려울 만큼 천연 다이아몬드와 똑같은 수준까지 발전했다.

지하 깊은 곳에서 수십억 년에 걸쳐 만들어지는 다이아몬드가 어떻게 공장에서 수주일 만에

합성될 수 있는지 알아본다. 인공적으로 다이아몬드를 만드는 방법은 크게 두 가지 기술로

나뉜다. 탄소 덩어리인 흑연을 압착해 만들거나, 작은 다이아몬드 결정에 탄소기체를 쏘아

결정으로 자라게 하는 방법이 있다. 모두 천연 다이아몬드가 만들어지는 환경과 비슷하게 고온·고압 상태에서 합성한다. 드비어스가 이번에 출시할 예정인 저가 인공 다이아몬드는

고온·고압에서 탄소 기체를 이용하는 기술로 합성한다. 이 기술은 최근 영국 대학의 연구진

에 의해 대량 생산이 가능하다는 것이 입증되기도 했다.

영국 카디프대 올리버 윌리엄스 교수 연구팀은 지난달 4일 실험실에서 메탄과 수소가스를 이용해 일주일 만에 1캐럿짜리 다이아몬드를 만드는 데 성공했다고 발표했다. 연구진은

작은 다이아몬드 결정을 진공 상태의 합성 용기에 넣고 메탄과 수소 가스를 주입했다.

이 결정은 큰 다이아몬드를 만들기 위한 '씨앗' 역할을 한다. 용기 내부는 질소 기체 등

불순물을 100% 제거했다. 연구진은 용기 내부를 섭씨 3000도까지 올려 플라스마 (원자핵과 전자가 분리된 기체 상태)로 만들었다. 그러자 메탄가스가 순식간에 분해되면서 탄소 원자가 튀어 나와 다이아몬드 씨앗에 결합했다. 이 씨앗은 시간당 0.006㎜의 속도로 탄소 결정으로 자랐다. 같은 과정을 반복한 결과, 일주일 만에 보석으로 쓰일 수 있는 양의

다이아몬드를 만들었다.

다이아몬드 인공 합성은 1955년 미국 GE 연구소에서 처음 성공했다. 다이아몬드는 탄소

원자 4개가 모인 정사면체가 상하좌우로 끊임없이 반복된 구조이다. 자연에서는 용암이

뿜어져 나올 때 엄청난 압력과 온도에서 탄소 원자들이 이 구조로 뭉쳐진다. GE는 이 과정을 모방했다. 당시 흑연과 금속 촉매를 약 7만5000기압 (1㎠에 75톤의 무게가 누르는 힘)과

1700도 이상의 고온에 가둬 합성했다. 흑연은 탄소 원자들이 정육각형으로 연결된 형태인데

고온·고압에서 다이아몬드 결정 구조로 바뀌었다. 이렇게 만든 1㎜ 이하의 다이아몬드

결정은 주로 공업용 연마재로 사용됐다. 국내에서는 일진다이아몬드가 1990년 한국과학기술

연구원(KIST)과 공동으로 GE 방식의 인공 다이아몬드 양산에 성공한 바 있다.

미국 시티 그룹은 현재 다이아몬드 시장에서 합성 다이아몬드 비중이 2%에 불과하지만

합성 다이아몬드의 활용 분야가 늘어나면서 2030년에는 10%까지 성장할 것이라고 전망

했다. 어느 전문가는 "의학용 수술 도구에서 우주항공 산업에 이르기까지 다이아몬드의

활용 범위는 무궁무진하다"며 "합성 다이아몬드 시장은 향후 천연 다이아몬드를 위협할

정도로 성장할 것"이라고 말했다.

앞으로 인공 다이아몬드 시대가 왔음을 참고하기 바란다.