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알칼리 확산장벽 형성과 유리표면의 얼룩 저항

전문가 제언: ○본고에서는 가장 일반적이고 값싼 소다석회유리중의 나트륨이온이 물과 접촉하여 유리중의 Si-O-Si 망목구조가 파괴되면서 유리의 광학적 기능이 악화되는 것을 방지하기 위한 방법이 소개되었다. B2O3의 알코올 또는 수용액을 유리표면에 분사 또는 침지 법으로 코팅하고 500℃에서 3분 열처리함으로써 알칼리이온의 확산을 방지하는 붕소산화물장벽이 생겨 광학적으로 균질한 유리표면을 얻을 수 있었다. 500℃에서 열처리시간이 1분으로 짧으면 장벽이 완전히 만들어지지 못하고 열처리시간이 30분으로 길면 붕소산화물이 유리내부까지 너무 확산되어 알칼리장벽의 생성효과를 볼 수 없었다.

○ 플로트유리표면에 붕소산화물의 알칼리장벽층을 만들었을 때 유리표면에 결정화와 흑화현상 모두 일어나지 않았고 풍화에 의한 변색도 전연 없어 광기능성 유리로 충분히 사용 가능하였다. 본고에서 열처리온도와 시간에 대한 더 상세한 연구가 필요하였다고 생각된다.

○ 붕소산화물이 알칼리이온의 표면 확산을 방지하는 이유를 각종 기기분석법을 도입하여 분석한 결과 붕소산화물이 유리망목으로 확산하여 들어갈 때 어떤 농도이상이 되면 붕소의 3배위가 4배위로 바뀌어 붕소산화물이 만드는 사면체 안에 전기적 중성을 이루기 위해 알칼리이온을 강하게 포집하여 σ결합을 형성하기 때문이다. 비편재화 된 π결합과 편재화 된 σ결합은 화학결합 중에서 분자궤도법에서 취급하고 있다.

○ 붕소산화물을 유리표면에 코팅함으로써 알칼리이온의 확산장벽을 만들기 때문에 화학적 이온교환에 의한 강화유리제조보다는 손쉽게 강화유리를 제조할 수 있다. 알칼리 금속이온을 포함한 유리 기재에 Zr, Ti금속 양극표적을 스퍼터링시켜 유리표면상에 알칼리금속이온의 이동을 방지하는 연구들이 1990년대 후반에 미국기업들에서 연구되었다. 최근 국내대학에서는 마이크로 전지개발에서 반응성이 강한 리튬을 사용하기 때문에 리튬의 확산을 방지하기 위해 LiCoO2/barrier/SiO2/Si구조에서 barrier로 TaN과 Al2O3가 400℃에서 리튬확산이 억제되었으나 C-V curve hysteresis로 볼 때 TaN가 가장 좋았다는 연구가 있다. 복잡한 공정을 사용하지 않고 붕소산화물을 코팅하는 방법도 추천하고자 한다.

저자: Bulent E. Yoldas
자료유형: 니즈학술정보