얼음의 결정상

전문가 제언

충분히 순수한 물을 정지한 상태로 유지하면 동결온도보다 훨씬 아래로 냉각하여도 결정화하지 않을 수 있다. 실제로 큰 미소결정의 핵형성은 극히 드문 큰 에너지의 요동을 필요로 하기 때문에 과냉각 액체가 존재한다. 아주 작은 미소결정에서 액체가 낮은 자유에너지를 가진 미소결정으로 변환함에 따라 얻는 에너지보다 더 많은 에너지가 결정/액체 경계면을 형성하는데 필요하다. 이런 불안정한 작은 미소결정이 안정될 만큼 충분히 성장할 때만 균질한 핵형성을 통해 자발결정화가 일어난다. 실험과 컴퓨터 시뮬레이션은 과냉각 물의 균질한 결정화가 안정된 입방 및 육각형 얼음으로 쌓인다는 것을 보여준다. 이제 Tanaka 등은 이 안정된 얼음 핵이 사각형의 대칭을 가진 준안정 얼음 상(phase) 전구체의 핵형성을 통해 형성된다는 것을 암시하는 시뮬레이션 결과를 발표하였다.

 

만일 액체와 경계면을 형성하는데 안정된 결정상보다 더 일어나기 쉬운 준안정 결정구조가 존재한다면, 이런 준안정 구조의 결정핵이 형성될 가능성이 있을 것이다. 실제로 준안정 중간물의 핵형성은 다양한 모델 시스템의 동결에서 일어난다는 것이 증명되었으며, 점점 수용액으로부터 생기는 결정의 침전에서 공통적이라고 생각된다. 그래도 얼음 형성은 균질한 핵형성선이 이런 구조의 직접 핵형성이 암시하는 용융선을 따르지 않음에도 불구하고, 안정된 입방 및 육각형 상의 직접 핵형성을 통해 일어난다고 믿어진다.

 

저자

Ben Slater and David Quigley

자료유형

연구단신

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

13()

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

재료

페이지

670~671

분석자

박*철

분석물

• 얼음의 결정상.pdf [232,845 byte]

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