본 연구에서는 고압 환경에서 합성된 결정 입자의 크기에 원시료(starting materials)의 상(phase)이 미치 는 영향을 확인했다. 상이 다른 두 가지 원시료인 비정질 시료와 나노파우더 시료를 이용해 알루미늄이 부화된 고 압의 환원환경에서 삼원계 시스템인 브리지마나이트-페리클레이스-칼슘 페라이트(calcium ferrite)상의 MgAl2O4을 합성했다. 시료는 40 GPa 2000 K의 압력온도 조건에서 20 시간 동안 가열하여 합성했다. 합성된 시료는 비정질 시료를 이용한 경우 입자 크기가 50-200 nm였으며, 나노파우더를 이용한 경우 ~500 nm로 나타났다. 이러한 차이 는 1) 시료가 합성된 2000 K의 온도가 낮아 비정질 시료의 경우 결정 성장보다 결정핵 성장이 더 우세하게 나타 났거나 2) 시료에 존재할 수 있는 산화 환원반응 상태의 차이로 생각된다. 추후 다원계 시스템에 대한 고압 실험을 수행할 때 비정질 시료보다 나노파우더를 원시료로 이용하는 것이 결정 성장에서 더 유리할 것으로 생각된다.

단층 비지는 단층의 미끌림에 의해 입도와 결정도가 낮아지는 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 활석을 비롯한 층상규산염 광물은 단층 비지에 존재하며 단층 약화에서 중요한 역할을 할 수 있는데, 특히 광물 표면에 흡착된 물분자의 존재 여부에 따라 마찰계수가 달라진다. 본 연구에서는 고에너지 볼 밀을 이용해 입도와 결정도를 체계적으로 변화시킨, 분쇄 전후 활석의 함수율과 탈수반응 거동의 변화를 통해 활석이 단층 약화에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 적외선 분광분석 및 열분석 결과, 분쇄 전 활석은 소수성을 띠며 물분자가 거의 존재하지 않는다. 이후 최대 720분까지 진행된 분쇄를 통해 입도가 약 100~300 nm 내외까지 감소하고 비정질화가 진행된 활석에서는 물분자에 의한 함수량이 분쇄 전에 비하여 약 8 wt.% 증가하였다. 또한 분쇄된 시료를 가열할 경우, 분쇄 전에 비하여 기화되는 수증기의 양이 증가한다. 입도 및 결정도 감소에 따라 탈수산기 반응 온도도 분쇄 전 약900 °C에서 720분 분쇄 후 약 800 °C로 감소하였다. 이와 같이 분쇄된 활석의 입도 및 결정도 감소에 의해 소수성이 친수성으로 바뀌며 층상 규산염 광물의 마찰계수를 낮출 것으로 생각된다. 지진 사이클을 통해 반복되는 단층의 미끌림은 지속적으로 단층 비지에 존재하는 활석의 마찰 계수를 낮출 것으로 생각되며, 오래된 단층이 점점 약화되는 원인에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.