여러분이 알고 계신 가장 단단한 물질과 가장 약한 물질은 무엇인가요? 주변에서 쉽게 볼 수 있는 콘크리트보다 더 단단한 물질은 다이아몬드? 그리고 내가 겪어본 가장 약하고 무른 물질은 물? 뭐 이런것 밖에 모르겠는데요. 인류가 발명한 여러가지 물질 중 세상에서 가장 단단한 물질과 가장 약한 물질에 대해 알아보았습니다. 과연 가장 단단한 물질은 다이아몬드(Diamond)이고 가장 약한 물질은 물(Water)일까요? 한번 살펴보겠습니다.
세상에서 가장 단단한 물질
이 세상에서 가장 단단한 물질은 많은 분들이 다이아몬드(Diamond)라고 알고 계실 것입니다. 다이아몬드는 경도 10의 물질로 매우 높은 경도를 가진 물질입니다. 경도란 표면의 단단한 정도를 말합니다.(경도와 강도는 다릅니다.) 경도가 10이란 얘기는 다른 물질로 다이아몬드에 흠집을 내기 어렵다는 뜻입니다. 이 다이아몬드보다 더 단단한 물질은 바로 '다이아몬드 나노로드 집합체(Aggregated Diamond Nanorods)'입니다. 약자로 ADNR이라고 불립니다.
<Aggregated Diamond Nanorods>
ADNR은 다이아몬드처럼 자연상태의 물질은 아닙니다. 2005년 독일 바이로이트 대학교 물리학자에 의해 개발되었습니다. 다이아몬드 나노로드 집합체는 이름처럼 나노스케일의 다이아몬드를 뭉쳐놓은 물질로 거의 압축이 되지 않습니다.
ADNR은 탄소동소체를 거의 20GPa로 압력과 2500K(약 2200℃)의 열을 가해서 만듭니다. 이렇게 나노규모의 물질을 만들어 합쳐놓은 것입니다. 모스 경도 규모에서 10보다 큰 경도를 갖고 절대 경도는 1500보다 큰 물질입니다.
세상에서 가장 약한(무른) 물질
세상에서 가장 약하고 무른 물질은 헬륨2라고 할 수 있습니다. 고체나 액체같은 물질도 아닌 초유동상태의 물질입니다. 고체나 액체보다 더 무른 물질이라고 할 수 있습니다. 자연상태에 존재하는 물질로는 헬륨-4가 해당합니다. 헬륨은 액체상태일 때 초유동상태가 됩니다. 액체헬륨이 되려면 2.17K(절대온도) 이하의 환경이어야 합니다.
<벽을 타고 흐르는 액체 헬륨>
이 초유동물질은 열전도율이 높고 점성이 없습니다. 점성이 없다는 것은 마찰이 없다는 뜻입니다. 이 초유체를 컵에 담아놓으면 컵 안쪽 벽을 타고 흐릅니다. 또한 고체바닥의 미세한 틈을 통과해 스며나오기도 합니다.
액체 헬륨과 같은 초유체는 양자역학적 상태에 있는 물질입니다. 물질파처럼 특수한 환경하에서 파동의 성질을 가지게 되는데 이게 초유체라는 모습으로 보이는 것입니다. 마찰과 점성이 없는 민감하기 짝이 없는 물질입니다.
지금까지 세상에서 가장 단단한 물질과 가장 약한 물질에 대해 알아보았습니다. 이런 물질들을 만들고 발견해 낼 수 있었던 것은 많은 과학자들의 연구과 기술자분들이 있었기에 가능했습니다. 앞으로 인류는 더 많은 기술 발전과 연구를 통해 더 단단한 물질 더 약한 물질들을 만들어 낼 수 있을 것이라 기대해 봅니다.
