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무기 포접화합물의 합성과 물리적 성질

전문가 제언: ○ 반도체 재료로 이용하는 Si, Ge, Sn의 무기 포접화합물(clathrate)에 대하여 재료화학(J. Mater. Chem.)저널에 기고한 내용이다. 포접화합물의 특이한 구조와 물성에 관하여 독자에게 소개하는 글이다. 고체반도체에서 조성과 구조를 달리함으로써 전자이동이 변한다. 포접화합물에서 새로운 광전재료가 출현할 것으로 예견하고 있다.

○ 포접화합물은 두 종류의 원자 또는 분자가 적당한 조건에서 결정화한다. 한 원자 또는 분자가 터널, 층상 혹은 입체망상구조, 즉 임자그물망(host framework)을 형성한다. 이때 다른 원자나 분자가 터널, 층상, 망상에 끼어들어가서 만들어지는 구조이다. 끼어들어간 원자 또는 분자가 나그네원자(guest atom) 또는 분자이다.

○ 임자그물망을 만드는 분자와 거기에 끼어들어가는 분자 간에는 분자간력이 작용하지 않는다. 다만 공동(cavity)의 크기가 나그네 분자의 크기에 적합한지가 포접화합물의 생성조건이다. 분자의 크기비율에는 엄밀한 값이 없다. 포접화합물이 알려진 것은 1945년이다. 지금은 포접화합물의 연구가 고체화학에서 비중 있게 이루어지고 있다.

○ 나그네분자가 나와 버리면 포접화합물 격자는 파괴된다. 임자그물망만으로도 안정하게 존재하는 경우가 많다. 논문에서 주목을 끄는 부분은 반도체로 포접화합물을 만들었다는 것이다. 순수한 반도체의 물성 데이터는 고정되어 있다. 반도체원소에 다른 반도체 또는 알칼리금속을 혼합했을 때에 반도체의 물성을 다양하게 얻을 수 있다는 것이 중요하다.

○ 전체 내용에서 신물질로 내어놓을 만한 소재는 아직 발견하지 못한 것 같다. 새로운 소재개발의 방향을 소개하는 수준이다. 고체합성에서 구체적인 제조조건이 명기되어 있지 않는 것이 아쉽다. 고체반응의 대부분은 고온, 고압반응이다. 고온고압에서도 화합물은 파괴되지 않을 것이다. 준안정 상은 상압에서만 얻어진 포접화합물로 본다.

저자: Beekman, M; Nolas, GS; AF Beekman, M.; Nolas, G. S.
자료유형: 학술정보