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2성분 고용체의 전자, 결정구조, 크기 모델(Electronic and crystal structures, size (ECS2) model for predicting binary solid solutions)

전문가 제언: □ 이 논문은 미국 Iowa State University 재료공학부에 있는 Karl A. Gschneidner Jr., Mary Verkade가 과학저널 “Progress in Materials Science 49, 411~428, (2004)”에 기고한 내용이다. 이 분야의 참고문헌을 적절하게 인용하였다.

□ 화합물의 결정구조는 오래전부터 연구되고 있는 기초과학의 한 분야이다. 화합결합이 일어나는 것은 원소의 원자가전자의 배열상태에서 좌우된 다는 것은 다 알고 있는 사실이다. 화합물이 형성되었을 때에 그 화합물은 결정질과 비정질로 된다. 대부분의 고체 화합물은 결정질로 결정화한다. 결정의 크기를 추리하는 방법은 여러 가지로 알려져 있으나, 이 논문에서는 전자(Electron)와 결정(Crystal) 구조(Structure), 크기(Size), ECS2로 표현해서 전자분포상태에 의하여 결정구조의 크기를 추정하는 잣대로 이용하고 있다.

□ 반응에 참여하는 기초용액의 ECS2 모델은 용매와 용질 사이의 전자구조의 차이가 비슷하면 크기 인자가 결정되는 것으로 되어 있다. 원소의 결정구조는 전자구조의 역할에 달려 있다. 그런 의미에서 이 모델은 2원소의 원자크기와 결정구조를 알아내는 유일한 방법이라고 생각된다. 이 모델은 이미 수십 년 전에 소개되었다. 그 후 이 모델에 적용이 가능한 원소의 전자배열상태, 구조인자, 전기음성도와의 관계, 결합에너지 등 여러 물리적인 데이터를 이용해서 이 모델의 황인이 이루어지게 되었다. 결정의 크기를 결정하는 인자는 너무도 많기 때문에 공식화하는 것은 어려울 것으로 보인다. 그러나 구조의 크기를 어디까지나 예견하는 것이지, 공식에 대입하는 방법으로 생각하는 것은 금물이다.

□ 우리나라에서도 숙명대학, 충남대학, 서울대학, 카이스트 등 여러 대학에서 기초재료과학을 연구하는 연구자들에 의하여 결정구조와 전자밀도에 관한 논문이 많이 나오고 있다. 원자의 내부에 감추어져 있는 결정성장의 인자를 찾아내는 것은 과학자에게 매우 흥미 있는 분야라고 생각된다.

저자: Gschneidner, KA; Verkade, M
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