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유리 탄소의 신비한 탄생: 버나드 레드펀은 이 기괴한 물질을 어떻게 발견했을까?
유리 탄소는 유리질 탄소 또는 유리질 탄소라고도 하며, 유리와 세라믹의 특성과 흑연의 특성을 결합한 비흑연화성 탄소 재료입니다. 주요 특성으로는 높은 열 안정성, 높은 열 전도도, 경도(모스 경도 7), 낮은 밀도, 낮은 전기 저항, 낮은 마찰, 매우 높은 내화학성, 기체 및 액체 불투과성 등이 있습니다. 이 물질은 전기화학 분야의 전극 재료, 고온 도가니, 특정 인공 사지의 구성 요소로 널리 사용됩니다. 유리탄소는 다양한 모양, 크기, 단면으로 생산될 수 있으며, "유리탄소"와 "유리탄소"라는 용어는 상표로 등록되었지만, IUPAC에서는 이를 기술 용어로 사용하는 것을 권장하지 않습니다. 2021년에 유리탄소에 대한 역사적 고찰이 출판되면서 이 물질의 기원이 폭넓은 관심을 끌었습니다.
역사적 배경유리 탄소는 1950년대 중반, 재료 과학자이자 다이아몬드 기술 전문가인 버나드 레드펀이 영국 맨체스터에 있는 카보런덤 회사 연구실에서 처음 발견했습니다. 그는 세라믹 샘플(로켓 노즐)을 용광로 바닥에 고정하는 데 사용된 테이프가 불활성 분위기에서 소결한 후 특이한 구조로 변형되고 원래 모양을 유지하는 것을 발견했습니다.
그런 다음 레드펀은 다이아몬드 구조를 모방한 폴리머 매트릭스를 탐색하고 특수 처리 후 촉매 없이도 응고되는 페놀 수지를 발견했습니다. 이 수지로 만든 도가니는 UKAEA 하웰을 포함한 여러 기관에 배포됩니다. 그러나 레드펀은 카본을 떠났고 회사는 유리탄소 발명에 대한 모든 관심을 공식적으로 종료했습니다.
플레시의 발전
영국 타우셋에 있는 플레시 연구실에서 일하는 동안 레드펀은 UKAEA로부터 유리 탄소 도가니를 받았고, 이것이 자신이 이전에 만들었던 도가니라는 것을 알아봤습니다. 탄화되지 않은 전구체에 표시를 새겼기 때문입니다. 이 회사는 리치버러에 연구실을 설립하였고 나중에 노샘프턴셔의 캐스웰에 영구 시설을 설립했는데, 이는 플레시 리서치 캐스웰과 앨런 클라크 연구 센터가 되었습니다. 플레시에서 유리탄소를 개발한 것은 당연한 일이고, 유리탄소의 발명과 생산에 레드펀이 기여한 것은 인정받았지만, 카울라드와 루이스의 후속 출판물에서 레드펀에 대한 언급은 명확하지 않습니다.
레드펀은 1960년 1월 11일에 영국에 특허를 출원하였고, 나중에 1963년 11월 5일에 미국 특허 3,109,712A를 부여받았습니다.
재료 특성 및 응용 분야
유리 탄소는 매우 균일하고 예측 가능한 수축률을 가지고 있어 폴리머 상태에서 정밀한 맞춤이 가능합니다. 초기 초순수 GaAs 샘플 중 일부는 유리탄소가 GaAs에 반응하지 않기 때문에 이러한 도가니에서 구역 정제되었습니다. 또한 유리탄소의 도핑은 반도체 현상도 나타냅니다.
다공성 형태인 망상 유리질 탄소(RVC)는 1960년대 중반에 열 절연성과 미세 다공성을 갖춘 유리질 탄소 전극 소재로 처음 개발되었습니다. 이러한 특성으로 인해 RVC는 전기화학, 특히 3차원 전극으로 매우 유용하게 사용됩니다.
구조 및 전기화학적 특성
유리탄소의 구조는 오랫동안 논란의 여지가 있었습니다. 초기 구조 모델은 유리질 탄소에 sp2와 sp3 결합 원자가 모두 존재한다고 가정했지만, 현재는 유리질 탄소가 전적으로 sp2 결합되어 있다는 것이 알려졌습니다.
전기화학에서 유리탄소는 수용액에서 수산화물 이온을 환원시키는 불활성 전극으로 간주됩니다. 이러한 특징 때문에 센서 제조에 없어서는 안 될 요소입니다. 유리탄소는 특정한 표면 방향으로 인해 다양한 유형의 변형 전극을 제조하는 데 사용되며 치과 임플란트와 같은 생체적합성 응용 분야에서 우수한 안정성을 보입니다.
과학기술의 발달과 재료연구의 심화에 따라 유리탄소의 응용범위와 기술은 계속 확대되고 발전하고 있습니다. 세라믹과 유리와 같은 소재의 독특한 조합은 의심할 여지 없이 현대 과학과 공학 분야에서 무한한 가능성을 창출합니다.
이 과학자의 공헌과 이 소재의 잠재적 응용 분야를 다시 생각해보면, 미래의 기술 혁신이 이 소재를 이해하고 사용하는 방식을 어떻게 바꿀 것인가라는 질문을 하지 않을 수 없습니다.
