시료의 회전 속도가 함철 비정질 규산염의 고상 NMR 신호에 미치는 영향

김효임,이성근 한국광물학회 2018 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.31 No.4

Despite the utility of solid-state NMR, NMR studies of iron-bearing silicate glasses remain a challenge because the variations in the peak position and width with increasing iron content reflect both paramagnetic effect and iron-induced structural changes. Therefore, it is essential to elucidate the effect of temperature on the NMR signal for iron-bearing silicate glasses. Here, we report the 29Si and 27Al MAS NMR spectra for (Mg0.95Fe0.05)SiO3 and Fe2O3-bearing CaAl2Si2O8 (anorthite) glasses with varying spinning speed to interpret the NMR spectra for iron-bearing silicate glasses. The increase in the spinning speed results in an increase in the sample temperature. The current NMR results allow us to understand the origins of the changes in NMR signal with increasing iron content and to provide information on the dipolar interaction between nuclear spins. The 29Si NMR spectra for (Mg0.95Fe0.05)SiO3 glass and 27Al NMR spectra for Fe2O3-bearing CaAl2Si2O8 glasses show that the peak shape and position of iron-bearing glasses do not change with increasing spinning speed up to 30 kHz. These results suggest that the NMR signal in the Fe-bearing glasses may stem from the ‘survived nuclear spins’ beyond the cutoff radius from the Fe, not from the paramagnetic shift. Based on the current results, the observed apparent shifts toward lower frequency of [4]Al peak for Fe2O3-bearing CaAl2Si2O8 glasses with increasing Fe2O3 at all spinning speed (15 kHz to 30 kHz) indicate the increase in the fraction of Q4Al(nSi) with lower n (i.e., 1 or 2) with increasing Fe2O3 and the spatial proximity between Fe and Q4Al(nSi) with higher n (i.e., 3 or 4). The present results show that changes in the NMR signal for iron-bearing silicate glasses reflect the actual iron-induced structural changes. Thus, it is clear that the applications of solid-state NMR for iron-bearing silicate glasses hold strong promise for unraveling the atomic structure of natural silicate glasses. 고상 핵자기공명 분광분석은 비정질의 원자 구조를 제공하는 효과적인 방법론으로 다양한 비정 질 규산염의 원자구조를 규명해왔다. 하지만, 함철 비정질 규산염의 경우, 철 함량 증가에 따른 신호 의 변화가 상자성 효과와 구조 변동을 모두 반영하고 있기 때문에 분석에 많은 어려움이 있다. 이에 철 함량 증가에 따른 신호 변화가 실제 구조의 변동으로부터 기인한 것인지 확인하기 위해서는 온도 변화에 따른 신호의 이동 여부를 관찰하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 철 함량에 따른 함철 비정 질 규산염의 신호 변화를 해석하기 위하여 철이 포함된 휘석과 아노르다이트 조성의 비정질의 가변 회전 속도 29Si와 27Al NMR 실험을 수행하였다. 이는 온도 상승에 따른 신호의 변화 여부를 확인할 수 있게 하며, 쌍극자 효과에 관한 정보를 제공한다. 함철 휘석 비정질의 29Si NMR과 함철 아노르다 이트 비정질의 27Al NMR 결과, 회전 속도 증가에도 불구하고 신호의 형태 및 위치가 달라지지 않았 다. 회전 속도의 증가가 신호에 변화를 야기하지 않음을 확인한 본 결과는 철 함량 증가로 인한 신호 의 변화가 상자성 이동 기원이 아니라, 철로부터 컷오프 반경 너머의 생존 신호임을 지시한다. 이에 철 함량 증가에 따라 아노르다이트 비정질의 [4]Al 신호가 음의 화학적 차폐 방향으로 이동하는 현상 은, 철의 진입에 따른 Q4Al(1 또는 2Si) 비율의 상대적 증가와 철과 Q4Al(3 또는 4Si) 구조간의 높은 공 간적 근접도를 지시한다. 본 결과는 철 함량에 따른 규산염 비정질의 고상 NMR 신호 변화가 실제 구 조적 변화를 지시하고 있음을 보여주며, 고상 NMR이 자연계에 존재하는 각종 유리질의 구조 분석에 효과적으로 적용될 수 있음을 제시한다.

FeSiBNb 리본 합금의 비정질 형성능과 자기적 특성에 미치는 Co의 첨가 효과

이태규,노태환,Lee, Tae-Gyu,Noh, Tae-Hwan 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.3

큰 비정질 형성능을 가지는 FeSiBNb 비정질 리본 합금의 열적 및 자기적 특성에 미치는 Co의 첨가 효과에 대하여 연구되었다. 두께 $40\;{\mu}m$의 비정질$(Fe_{1-X}Co_X)_{72}Si_4B_{20}Nb_4(x=0{\sim}0.5)$ 합금에 대한 열분석 결과, Fe에 대한 Co의 치환량이 증가할수록 과냉각 액상의 존재 온도 범위가 넓어져 비정질 형성능이 증가하는 것으로 평가되었다. 또 Co 농도의 증가에 따라 약간의 $B_8$(800A/m에서의 유도 자속밀도)의 감소가 얻어지나, 투자율이 현저하게 증가하고 철손이 크게 감소하는 경향을 나타내었다. 한편 두께가 두꺼운 상기 비정질 합금의 교류 투자율의 주파수 특성은 와전류에 의한 표피 효과의 증대 때문에 $20\;{\mu}m$ 정도의 두께를 가지는 통상의 비정질 리본 합금에 비해 열화되는 것으로 나타났다. The thermal and magnetic properties of amorphous (FeCo)SiBNb ribbon alloys with high glass forming ability have been investigated. The glass forming ability was enhanced by Co substitution in amorphous ($Fe_{1-X}Co_X)_{72}Si_4B_{20}Nb_4$ alloys with the thickness of about $40{\mu}m$. With the increase in Co content, the temperature range of supercooled liquid phase increased indicating the high glass forming ability of the Co-added alloys. Further the ac permeability increased, and the core loss decreased considerably by Co substitution, while small change in $B_8$ (magnetic flux density at 800 A/m) was observed. The frequency characteristics of permeability deteriorated as compared to conventional amorphous ribbon alloys with the thickness of about $20\;{\mu}m$ due to the increased skin effect.

고상 NMR을 이용한 비정질 알루미나의 상전이 연구: 마그마 바다 구성 용융체의 결정화 과정의 의의

류새봄 ( Saebom Ryu ),이성근 ( Sung Keun Lee ) 한국광물학회 2012 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.25 No.4

지구가 마그마 바다 상태에서 현재의 층상화된 내부 구조로 분화되는 진화과정의 체계적인 이해를 위하여 규산염 용융체와 같은 비정질 산화물의 결정화과정 메커니즘 규명이 필요하다. 이를 위하여 결정화 과정에서 수반하는 용융체의 원자구조 변화를 실험적으로 측정하여 결정화 과정을 정량적으로 정립할 수 있다. 본 연구에서는 고상 핵자기 공명 분광분석(NMR)을 이용하여 졸겔법으로 합성한 비정질 알루미나(Al2O3)의 온도-가열 시간 변화에 따른 원자구조 변화로부터, 비정질-결정질 상전이 과정을 원자 단위에서 규명하였다. 비정질 Al2O3의 27Al 3QMAS NMR 실험 결과 다량의 배위수 4,5의 알루미늄([4,5]Al)과 소량의 배위수 6인 알루미늄([6]Al)이 명확히 구분되어 관찰되었고, 973 K와 1,073 K에서 각각 가열시간을 증가시킬수록 배위수 5인 알루미늄([5]Al)이 감소하였다. 본 연구에서는 [5]Al의 분율을 결정화의 지표로 이용하여 27Al 3QMAS NMR 결과를 정량 분석하였다. 분석을 통해 점진적인 원자구조의 변화로 관찰되는 비정질 산화물의 상전이 과정이 결정화 혹은 비정질 내 구조적 무질서도의 변화와 같은 복합적인 단계로 구성될 수 있음을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 다양한 자연계의 다성분계 규산염 용융체 결정화 과정 및 마그마 바다의 분화와 지구의 화학적 진화에 대한원자 단위의 이해증진에 도움을 줄 것이다. In order to have better insights into the chemical differentiation of Earth from its magma ocean phase to the current stratified structure, detailed information of crystallization kinetics of silicate melts consisting of the magma ocean is essential. The structural transitions in oxide glasses and melts upon crystallization provide improved prospects for a systematic and quantitative understanding of the crystallization processes. Here, we report the 27Al 3QMAS NMR spectra for sol-gel synthesized Al2O3 glass with varying temperature and annealing time. The NMR spectra for the amorphous Al2O3 show well-resolved Al coordination environments, characterized with mostly [4,5]Al and a minor fraction of [6]Al. The fraction of [5]Al in the alumina phase decreases with increasing annealing time at constant temperature. The NMR results of Al2O3 phases also imply that multiple processes (e.g., crystallization and/or changes in structural disorder within glasses) could involve upon its phase transition. The current results and method can be useful to understand crystallization kinetics of diverse natural and multi-component silicate glasses and melts. The potential result may yield atomic-level understanding of Earth`s chemical evolution and differentiation from the magma ocean.

비정질강섬유를 혼입한 초고강도콘크리트의 폭렬특성에 관한 실험적 연구

최경철,김규용,김홍섭,황의철,남정수 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.3

This study examined the effect of amorphous metallic (AM) fibers on the spalling properties of ultra high strength concrete. Six specimens with concrete strengths of 100 MPa and 150 MPa were evaluated with mix proportions of polypropylene (PP) fibers of 0.15% by concrete volume, and proportions of AM fibers of 0.3% and 0.5% by concrete volume. These specimens were then heated in accordance with the ISO-834 heating curve. The movement of water vapor through a pore network formed by molten PP fibers was found to be a dominant factor controlling the spalling of high-strength concrete. Spalling control was not found to be significantly affected by the addition of 0.3% AM fibers; however, when 0.5% AM fibers was added, cracking was limited and so were paths for water vapor migration, increasing the likelihood of a moisture clog and creating the differential internal pressure often blamed for concrete spalling. 본 연구에서는 비정질강섬유의 혼입이 초고강도콘크리트의 폭렬특성에 미치는 영향이 실험적으로 검토되었다. 콘크리트는 압축강도 100과 150 MPa의 초고강도콘크리트가 사용되었다. 폴리프로필렌섬유는 0.15 vol%, 비정질강섬유는 0.3 및 0.5 vol%가 혼입되었다. 시험체는 콘크리트의 압축강도와 섬유혼입 조건에 따라 6수준이 제작되었고, ISO-834 가열곡선에 의해 가열되었다. 결과로써 폴리프로필렌섬유와 비정질강섬유가 혼입된 초고강도콘크리트의 폭렬제어에 있어서는 용융된 폴리프로필렌섬유가 형성하는 공극네트워크를 통해 수증기가 이동하는 효과가 지배적인 것으로 나타났다. 또한, 비정질강섬유 0.3v ol% 혼입률에서는 폭렬제어에 큰 영향을 미치지 않지만, 0.5 vol%의 비정질강섬유가 혼입될 경우에는 수증기가 이동할 수 있는 균열의 발생이 억제됨으로써 콘크리트 폭렬의 원인으로 지적되고 있는 수분막힘층(moisture clog)가 형성될 가능성이 높은 것을 확인할 수 있었다.

시멘트계 재료 기반 캡슐 및 비정질금속섬유를 사용한 시멘트 모르타르의 역학 및 내구특성

이재인,최세진 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.5

This study aims to improve the self-healing performance of concrete structures by using self-healing capsules composed of amorphous metalfibers and cement-based materials together to mitigate the quality degradation problem of concrete caused by capsules. The amorphous metalfiber reinforcement according to the PCC mixing ratio and the engineering characteristics of mortar were compared and analyzed. To thisend, the mortar's fluidity, compressive strength, tensile strength, carbonation, ultrasonic velocity, and chloride ion permeation resistanceaccording to the PCC mixing ratio were measured. As a result of the measurement, the fluidity decreased as the mixing ratio of PCCincreased, and the compressive strength showed a tendency to decrease as the mixing ratio of PCC increased regardless of the mixing ratioof amorphous metal fibers. In the case of tensile strength, the mixture using amorphous metal fiber and PCC showed a maximum increase of46.9% compared to the plain mixture. In the case of the carbonation depth, the lowest carbonation depth was shown in the AF-PCC15mixture mixed with PCC 15% and amorphous metal fibers. 본 연구는 비정질 금속섬유와 시멘트계 재료로 구성된 자가치유 캡슐인 PCC를 함께 사용하여 콘크리트 구조물의 자가치유 성능을 향상시키고 캡슐에 의한 콘크리트의 품질저하 문제를 완화하기 위한 연구의 일환으로 PCC 혼입율에 따른 비정질 금속섬유 보강재 모르타르의 공학적 특성을 비교 분석하였다. 이를 위하여 PCC 혼입율에 따른 모르타르의 유동성, 압축강도, 인장강도, 탄산화, 초음파속도, 염화이온 투과저항성을 측정하였다. 측정 결과, 비정질 금속섬유의 혼입에 관계없이 PCC 혼입율이 높을수록 유동성이 감소하였고, 압축강도는 PCC 혼입율이 높아질수록 감소하는 경향을 보였다. 인장강도의 경우, 비정질 금속섬유와 PCC를 사용한 배합이 일반 배합에 비해 최대 46.9%의 증가를 보였다. 탄산화 깊이의 경우 PCC 15%와 비정질 금속 섬유를 혼합한 AF-PCC15 혼합물에서 가장 낮은 탄산화 깊이를 보였다.

비정질합금의 자기탄성효과를 이용한 역학센서 제작

손대락,임순재,유중렬,김창석 경북대학교 센서기술연구소 1991 센서技術學術大會論文集 Vol.2 No.1

인장 및 압축응력에 의한 비정질합금의 최대자기유도의 변화를 이용한 힘센서와 토오크센서를 제작하였으며, 코아제료는 Co-계열의 비정질 리본(C_(62)Ni_(15)Si_(8)B_(15). 포화자왜 λ_(s) = -6x10^(-6))을 사용하였다. 힘센서의 경우 Roberval원리의 전자저울을 제작하였으며, 폭 2 mm 길이 50 mm 두계 30 μm 의 리본을 as-quenched 비정질 리본으로부터 에칭하여 사용하였다. 제작된 힘센서의 선형도는 1 N 의 범위에서 0.1 % 미만이였으며, 분해능은 1 x 10(-4) N 이였다. 토오크센서를 제작하기위하여 glass fiber가 보강된 epoxy 막대를 사용하였으며, epoxy 막대에 폭 1 mm 길이 17 mm 두께 30 μm 인 비정질리본들을 축방향에 대하여 +45° 와 -45° 각도로 부착시 켰다. 제작된 토오크센서의 선형도는 1 % 미만이었으며, 이 센서는 회전축과 감지부가 전기적으로 비접촉으로 동적인 토오크를 측정할 수 이었다. The change of maximum magnetic induction of amorphous alloy under the tensile and compressive stress was used for the force and torque sensors. Co-based amorphous ribbon (Co_(62)Ni_(15)Si_(8)B_(15),saturation magnetostriction λs=6x10^(-6)), was used for the core material. In the case of the force sensor, we have constructed a weighing machine based on the Roberval principle. The amorphous strip core, 2 mm wide, 50 mm long and 30 μm thick, was atched from as-quenched amorphous ribbon. This force sensor shows that the linearity was better than 0.1 % in the range of 1 N, and sensitivity was 1 x 10^(-4)N. For the construction of the torque sensor, a glass fiber reinforced-epoxy rod was used as shaft. The amorphous strips, 1 mm wide, 17 mm long and 30 μm thick, was attached on the epoxy shaft in the direction of + 45° and -45°. The linearity of the torque sensor was better than 1 %, and this torque sensor can measure dynamic torque without electrical coupling between rotating shaft and sensing element.

비정질 기지 복합재 코팅층의 미세조직 분석 및 기계적 거동

장범택(Beom Taek Jang),이승훈(Seong Hoon Yi) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.6

비정질합금이 가지고 있는 우수한 기계적 성질과 화학적 특성을 부품소재에 표면개질을 목적으로 고속화염 용사법으로 대면적 코팅층을 형성하였고 내열성이 높은 자융성합금과 초경합금 성분들을 적절히 혼합하여 비정질기지 복합재료를 제조하여 코팅들의 미세조직 관찰과 나노인덴테이션을 이용한 미세표면의 기계적 거동을 분석하였다. 각 코팅층의 미세조직을 관찰한 결과, 단일상 비정질 코팅에는 미용융 입자와 lamellae 영역이 존재하고 자융성합금이 고용된 복합재에는 in-situ Cr₂Ni₃ 석출물, 자융성합금과 초경합금성분이 함께 혼합된 코팅층은 석출물과 ex-situ WC 강화입자가 공존하였다. 이들 미세표면의 기계적 거동은 제 2 상이 고용된 비정질 기지 복합재의 코팅층의 기계적 특성이 전체적으로 향상되었다. For surface modification, bulk metallic glass coatings were fabricated using metallic glass powder and a mixture of a self-fluxing alloy or/and hard metal alloys with a heat-resisting property using a high velocity oxy-fuel coating thermal spraying process. Microstructural analyses and mechanical tests were carried out using X-ray diffraction, a scanning electron microscope, an atomic force microscope, a three-dimensional optical profiler, and nanoindenation. As a result, the monolithic metallic glass coating was found to consist of solid particle and lamellae regions that included many pores. Second phase-reinforced composite coatings with a self-fluxing alloy or/and hard metal alloy additives were employed with in-situ Cr₂Ni₃ precipitate or/and ex-situ WC particles in an amorphous matrix. The mechanical behaviors of the solid particles and lamella regions showed large hardness and elastic modulus differences. The mechanical properties of the particle regions in the metallic glass composite coatings were superior to those of the lamellae regions in the monolithic metallic glass coatings, but indicated similar trends in matrix region of all the coating layers.

비정질실리콘 태양전지에 대한 장시간 성능예측: 확장지수함수 모형 및 컴퓨터 모의실험

박상현,유종훈,Park, S.H.,Lyou, Jong-H. 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.4

태양광에 노출되어있는 동안 비정질실리콘 태양전지에서 일어나는 장시간 성능변화에 대해서 연구하였다. 그리고 결함밀도의 운동학 모형을 통해서 태양광으로 인한 태양전지 성능변화를 예측하였다. 특히, 전하운반자 수명이 결함밀도에 의해서 크게 영향을 받기 때문에 비정질실리콘 태양전지의 광유도 성능감소(light-induced degradation)가 확장지수함수 완화법칙(stretched-exponential relaxation)을 따르는 결함밀도에 의해서 물리적으로 설명된다. 그리고 확장지수함수 완화법칙과AMPS-1D 컴퓨터 프로그램의 모의실험에 의해서 비정질실리콘 태양전지의 광유도 성능감소를 계산했고, 모의실험의 결과를 옥외에 설치한 태양전지의 측정데이터에 비교하였다. 본 연구는 상온에서 다음과 같은 특성을 갖는 전형적인 비정질실리콘pin 태양전지에 대해서 모의실험을 진행했다: 두께${\approx}$300 nm, 내부전위${\approx}$1.05 V, 초기 결함밀도${\approx}5{\times}10^{15}cm^{-3}$, 초기 단락전류${\approx}15.8mA/cm^2$, 초기 채우기비율${\approx}0.691$, 초기 개방전압${\approx}0.865V$, 초기 변환효율${\approx}9.50%$. We study for long-term performance of amorphous silicon solar cells under light exposure. The performance is predicted with a kinetic model in which the carrier lifetimes are determined by the defect density. In particular, the kinetic model is described by the stretched-exponential relaxation of defects to reach equilibrium. In this report, we simulate the light-induced degradation of the amorphous silicon solar cells with the kinetic model and AMPS-1D computer program. And data measured for outdoor performances of various solar cells are compared with the simulated results. This study focuses on examining the light-induced degradation for the following amorphous silicon pin solar cells: thickness${\approx}$300 nm, built-in potential${\approx}$1.05 V, defect density (at t=0)${\approx}5{\times}10^{15}cm^{-3}$, short-circuit current density (at t=0)${\approx}15.8mA/cm^2$, fill factor (at t=0)${\approx}0.691$, open-circuit voltage (at t=0)${\approx}0.865V$, conversion efficiency (at t=0)${\approx}9.50%$.

고압환경에서의 결정 크기에 원시료의 상이 미치는 영향: 비정질 시료와 나노파우더를 이용한 시료의 결정 크기 비교

김은정,알레시오 잔도나,타케히코 히라가,사나에 고이즈미,노부요시 미야지마,토모오 카추라,소병달 한국광물학회 2023 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.36 No.3

본 연구에서는 고압 환경에서 합성된 결정 입자의 크기에 원시료(starting materials)의 상(phase)이 미치는 영향을 확인했다. 상이 다른 두 가지 원시료인 비정질 시료와 나노파우더 시료를 이용해 알루미늄이 부화된 고압의 환원환경에서 삼원계 시스템인 브리지마나이트-페리클레이스-칼슘 페라이트(calcium ferrite)상의 MgAl2O4을합성했다. 시료는 40 GPa 2000 K의 압력온도 조건에서 20 시간 동안 가열하여 합성했다. 합성된 시료는 비정질시료를 이용한 경우 입자 크기가 50-200 nm였으며, 나노파우더를 이용한 경우 ~500 nm로 나타났다. 이러한 차이는 1) 시료가 합성된 2000 K의 온도가 낮아 비정질 시료의 경우 결정 성장보다 결정핵 성장이 더 우세하게 나타났거나 2) 시료에 존재할 수 있는 산화 환원반응 상태의 차이로 생각된다. 추후 다원계 시스템에 대한 고압 실험을수행할 때 비정질 시료보다 나노파우더를 원시료로 이용하는 것이 결정 성장에서 더 유리할 것으로 생각된다. In this study, we report the effect of starting materials on the grain size in a multi-component system at high pressure experiments. We used two different starting materials, glass and nano powders, to synthesize bridgmanite in the reduced conditions in the presence of calcium-ferrite-phase MgAl2O4 to compared the grain size of synthesized samples. After synthesizing the sample at 40 GPa, 2000 K for 20 hrs, the sample from glass showed the grain size of 50-200 nm whereas the one from nano powders has ~500 nm of grains. This difference may come from 1) the temperature of 2000 K which is low enough for glass starting materials to make more crystal nucleis than to grow crystal size or 2) the possible difference in the redox state of starting materials. It is suggested that the using of nano powders is better to synthesize bigger grains in high pressure experiments with multi-component systems rather than using glass starting materials.

토양 실트의 비정질 실리카

정기영 한국광물학회 2018 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.31 No.4

Amorphous silica (SiO2) silt grains were found in some soils of Korean Peninsula. Scanning electron microscopy of polished section of soils revealed ellipsoidal amorphous SiO2 grains with numerous submicron pores concentrated in the interior. Their amorphous structure was confirmed by lattice imaging and electron diffraction under transmission electron microscope. Amorphous SiO2 grains were not found in the eolian sediment of the Chinese loess plateau. Although the origin of the amorphous SiO2 grain is uncertain, they are likely either phytolith or weathering product of volcanic ash. The amorphous SiO2 silt grains are not useful as a tracer of long-range transport mineral dust in soils. 한반도 일부 토양에서 비정질 실리카(SiO2) 실트 입자들이 발견되었다. 토양 연마박편의 주사전 자현미경에서 관찰된 비정질 SiO2 입자는 타원형이며, 1마이크론 이하의 극미세 공극들이 입자 내부 에 집중 분포한다. 입자의 비정질성은 투과전자현미경 격자상 관찰과 전자회절로 확인하였다. 이 이질 적인 실트 입자들의 풍성기원 가능성을 확인하기 위하여 중국 황토고원의 풍성퇴적물인 뢰스(loess) 내 SiO2 실트입자들을 조사하였으나 유사 입자를 확인하지 못하였다. 아직 기원이 명확하진 않지만, 식물규소체나 화산재 풍화물일 가능성이 있다. 토양환경에서 비정질 SiO2 실트 입자의 장거리 이동 광물먼지(황사) 추적자로서 가능성은 낮다.