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전이금속 질화물의 합성

전문가 제언: ○ 금속의 질화물은 오래전부터 잘 알려져 있는 화합물이다. 가장 대표적인 것은 III-V화합물 BN(고경도연마제), AlN(고주파변환소자), GaN(청색발광 다이오드)등을 들 수 있다. VIA족의 Cr에는 CrN(저항재료), Cr2N(저항재료)가 부정비화합물로, W에는 WN, W2N가 정비조성의 화합물로 생성한다.

○ 루이스산(lewis acid)처럼 전자를 강하게 수용하는 능력을 가지고 있는 금속이 전이금속이다. 전이금속도 일종의 루이스산이라고 할 수 있다. 전이금속내부의 d궤도(Fe; 3d6 4s2)에 질소원자의 전자(N; 2s2 2p3)가 들어갈 수 있는 빈자리가 많이 존재한다. 질소가 전이금속과 반응할 때에는 침입형질화물을 형성한다.

○ 전이원소의 질화물은 원자가법칙에 따르지 않는다. 부정비로 형성되는 경우가 많다. 대부분의 희토류원소(원자번호 57~71), 4A족, 그리고 5A족은 MN(M; 금속)형의 금속질화물을 형성한다. 질소의 함량이 적은 M6N4(M=Mn), M4N(M=Mn, Fe, Co, Ni), M3N(M=V, Fe, Co, Ni, Cu), M2N(M=Ti, Cr, Mn, Fe, Co), MN2(M=Th, W)형 등이 알려져 있다.

○ 원자의 전자배열을 보면, 가령 V의 경우 3d3 4s2이고, N는 2s2 2p3이다. V의 3d3궤도에 N의 3p3전자와 공유하여 VN화합물을 형성한다. 이 특허는 기존의 고온반응에서 얻어지는 질화물을 고압반응용기에 반응물질을 채워 저온고압(132℃, 11.28MPa)의 초임계 반응조건에서 금속질화물의 박막을 형성하는 기술이다.

저자: hashimoto et al.
자료유형: 특허정보