모설 데이

오직 한 종류의 원자만으로 구성된 순수한 금속이 존재하는 것은 가능하지 않다. 금속 내에는 불순물 또는 외부 원자들이 항상 포함되어 있다. 재료에 특정한 성질을 부여하기 위해 불순물을 일부러 넣기도 하며 이를 합금이라고 한다. 예를들어 은에 구리를 첨가하면 기계적인 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 금속에 불순물 원자를 첨가할때 금속을 용매, 불순물을 용질이라고 하자. 물에 소금을 넣으면 소금이 용해되다가 어느 순간부터는 용해되지 않는다. 금속에서 용질원자를 모 재료에 첨가할때 기존 결정 구조를 유지하면 고용체가 형성된다. 용질원자를 고용한다고 표현하는 것이다. 전체적으로 고용체는 무질서하지만 균일하게 분포되어 있다. 불순물 점 결함은 고용체 내에서 발견되며 이것은 치환형과 침입형 두가지로 나뉜다. 이를 ..

금속과 마찬가지로 세라믹에서도 점 결함이 존재할 수 있다. 금속에서와 같이 이온 빈자리와 자체격자 간 이온이 존재할 수 있다. 하지만 빈자리의 경우 세라믹은 막 빠질 수가 없다. 이온결합된 화합물의 형태에서 중성을 유지해야 하기 때문이다. 이를 전기 중성도 조건을 만족한다 라고 표현한다. 따라서 양이온이 빠지면 음이온도 빠지는 등의 형태로 이를 만족시킨다. 자체 격자간 이온을 세라믹에서 '프렌켈 결함'이라고 한다. 음이온-양이온의 빈자리 쌍을 세라믹에서 '쇼트키 결함'이라고 한다. 이들을 그림으로 살펴보자. 1. 프렌켈 결함 음이온은 비교적 크기가 크므로 자체격자간 이온이 존재하는 경우가 거의 없다. 음이온이 작은 격자간 자리에 들어가기 위해서는 큰 변형이 주변 이온에 가해져야하기 때문이다. 따라서 양이..

앞서 살펴본 결정 구조는 완벽하다. 하지만 이러한 이상적인 고체는 사실 존재하지 않는다. 모든 고체들은 다양한 결함을 가지고 있다. 하지만 결함이라 하여 항상 좋지 않은 것은 아니다. 이러한 결함을 조절하여 원하는 재료의 특성을 얻을 수 있기 때문이다. 결정 결함은 크게 3가지가 있다 점결함, 선결함, 그리고 면결함이다. 금속에서의 점 결함에 대해 먼저 알아보자 금속에서 점 결함의 종류는 원자빈자리(공공)과 자체 격자 간 원자가 있다. 1. 원자 빈자리 가장 간단한 형태의 결함으로, 원래 원자가 있어야 할 자리에 원자가 없어져서 형성 모든 결정 고체는 원자 빈자리를 포함한다. 본질적으로는, 원자 빈자리가 있으면 결정의 엔트로피가 증가 우선 원자 빈자리의 평형 개수 Nv(보통 입방미터당)은 다음 식으로 구..

동질이상이 같은 조성에 다른 구조라면 동질이형은 단원소 고체에 여러가지 다른 구조를 의미한다. 탄소는 단원소 고체로의 동질이형이 존재한다. 이들은 금속,세라믹,폴리머중 어느 분류에도 속하지 않는다. 탄소는 많은 산업분야에서 굉장히 중요한 역할을 하고 있다. 그중 대표적으로는 다이아몬드, 흑연 등이 존재한다. 1. 다이아몬드 다이아몬드는 ZnS와 같은 형태를 띈다. Zincblende구조인 것이다. 하지만 모든 원소가 탄소인 형태이다. 각각의 탄소원자는 sp3혼성을 하여 다른 4개의 탄소에 결합하는데, 이 모양은 사면체이다. 다이아몬드는 알려진 가장 단단한 재료이다. 그리고 매우 높은 열 저항성이 있다. 이 결정구조는 다이아몬드 입방 이라고 부른다. 큰 단결정은 보석을 만들고 작은 경우 공업용으로 사용한다..

규산염들은 지각에 존재하는 가장 풍부한 원소들인 규소와 산소가 주 성분인 재료이다. -ex) 흙덩어리, 암석, 점토 및 모래 SiO4(4-) 사면체의 여러가지 배열을 이용해서 표현해보자. SiO4(4-) 의 형태는 이러하다. Si원가 각각이 4개의 O원자에 결합되어 있는데 산소원자들은 사면체의 형태를 취하고 있다. 이것이 규산염의 기본단위이기 때문에 이를 음으로 하전된 독립체로 둔다. 특징으로는 1. Si-O원자간 결합들은 상당한 공유결합 특성을 가진다. - 이온성으로 간주 x 2. 방향성이 있고, 결합이 강하다. 3. O원자들이 안정되기 위해 모두 1개씩의 전자를 필요로 하므로 SiO4(4-) 사면체마다 -4전하 이것으로 여러가지 규산염의 구조들이 나타난다. 1. 이산화규소 화학적으로 가장 간단한 규산..

세라믹 결정은 전하의 균형이 맞아야 한다. 따라서 양이온의 양전하와 음이온의 음전하를 더했을때 중성이 되야 안정적인데, 이에 따라 양이온과 음이온의 수가 적절히 조절 된다. 3가지 경우를 살펴 보자. 1. AX형 구조 2. AX2형 구조 3. ABX3형 구조 1. AX형 구조 일반적으로 세라믹 재료들은 같은 수의 양이온과 음이온을 갖게 된다. 이들을 일컬어 AX형 화합물이라고 부르는데 A가 양이온, X가 음이온이다. AX화합물에는 몇 가지 다른 결정 구조들이 있다. 예시를 3가지를 들겠다. (1) 암염구조 암염, NaCl의 경우 양이온과 음이온의 배위수가 모두 6이며, (이때 배위수는 가장 가까운 다른전하의 이온의 수) 따라서 반지름 비율이 0.414와 0.732 사이에 놓이게 된다. 배열구조는 FCC구..

고분자 물질에도 결정 상태가 존재하는데 고분자의 경우 금속과 세라믹과 달리 하나의 원자나 이온이 관여하는게 아닌 큰 분자가 관여하므로 훨씬 복잡하다. 고분자 결정성은 분자 사슬이 서로 쌓여 정돈된 원자 배열을 형성하는 것이다. 결정구조는 단위정으로 특징지어지며 단위정은 복잡한 경우가 많다. 예를들어 폴리에틸렌의 단위정과 분자 사슬 구조를 보자. 위의 직육면체 부분이 단위정이다. 고분자는 크기와 복잡성으로 인해 결정성을 가진 부분이 나머지 무결정 부분에 퍼져 있는형태, 반결정성인 경우가 많다. 금속은 완전히 결정성이고 세라믹은 완전 결정성 혹은 완전 무결정성이라면 고분자는 거의 반결정성인 것이다. 결정성 부분의 고분자 사슬은 비결정성 부분에 비해 서로 더 조밀하게 쌓여 있어 결정성인 것이 같은 분자로 구성..

높은 온도에서 고분자가 외부에서 가해진 기계적인 힘에 어떻게 반응하는 가는 주된 분자 구조가 어떤 것인가에 달려있다. 이들 물질을 구분하는 하나의 기준은 온도가 올라감에 따라 어떤 행동을 하느냐이다. 이때 열가소성 고분자와 열경화성 고분자 2가지로 나뉘게 된다. 1.열가소성 고분자 (1). 열가소성 고분자는 가열하면 부드러워지며 궁극적으로 액체로 변했다가 다시 단단해진다. (2). 열가소성 고분자는 선형 혹은 유연한 사슬을 지닌 가지친 고분자이다. (3). 분자 수준에서는 온도가 올라감에 따라 분자의 운동이 심해지고 2차 결합력이 분자의 운동을 이기지 못해 인접한 사슬의 움직임이 쉬워진다. 가교된부분이 적어 사슬이 유연해 지는 것이다. (4). 한편 온도가 너무 올라 공유결합을 끊을 정도가 되면 비가역적..