세라믹의 결정 구조 (1) - 양이온과 음이온의 상대적 크기

이번에는 고체 재료중 세라믹의 결정 구조에 대해 알아보자.

세라믹 재료는 금속과 비금속의 화합물으로 특성상 조합이 중요하다.

이 조합은 이온 결합성에 의존하는데, 이온 결합성은 원자들의 전기 음성도에 의존적이다.

전기 음성도 차이가 클수록 이온 특성이 증가한다.

-> %이온특성 = (1- exp( -0.25 (Xa - Xb) ^2)) x 100

 

금속이온(양이온)과 비금속이온(음이온) 들의 구성으로 구성 이온들의 두가지 특성이 결정구조에 영향을 미친다.

1. 양이온과 음이온들의 상대적 크기

양이온과 음이온의 상대적 크기는 적층되었을때 어떤 형태가 될지를 결정하는 큰 요인이다. 크기 비율에 따라 배위수가 결정되기 때문이다.

2. 양전하와 음전하의 균형

합쳐졌을때 중성이 맞춰져야한다.

 

그중 상대적 크기에 대해 알아보자

 

상대적 크기

양이온과 음이온중 전자를 받은 음이온의 크기가 더 크게 된다. 결정을 이룰때 양이온과 음이온이 완전히 맞닿아야 안정되다고 말한다. 이를 그림으로 살펴보면 다음과 같다.

안정된 결합

 

불안정한 결합

 

이렇게 되므로 양이온과 음이온의 상대적 크기에 따라 그 배열이 달라지므로 상대적 크기가 큰 영향을 미친다.

Rc가 양이온의 반지름 Ra가 음이온의 반지름이라고 하자.

Rc/Ra의 비율에 따라 배열이 결정되고 이에따라 배위수가 다르다.

양이온-음이온 반지름 비율

 

크게 이렇게 된다.