전고체 전지는 전기 자동차의 안정성을 향상시키기 위해 기존의 리튬 이온 전지를 대체할 주요 후보로 간주되고 있 습니다. 그러나 전고체 전지에 사용되는 황화물계 고체 전해질은 산화 환원 안정성이 부족하며 양극복합전극과 표면 에서 부반응을 이르켜 문제를 야기시킵니다. 때문에 양극 표면 코팅법이 제안되었고 이는 충방전 사이클 안정성 및 속도 특성의 개선에 유용한 효과를 나타낼 수 있습니다. 본 논문에서는 결정학적 분석을 통하여 신규 Li-Zr-O 조성 탐색을 하였고, 다양한 양극 소재 코팅소재 후보군 중 리튬 이온 전도체인 Li6Zr2O7 구조가 매우 유망하다는 연구 결 과를 확인했습니다. 본 논문은 기존에 사용되는 LiNbO3, Li4Ti5O12가 아닌 새로운 다양한 구조 및 조성의 양극 코팅 소 재개발에 대한 필요성 및 가능성을 시사합니다.

N2처리에 의해 Si (001) 기판에 형성된 C49상의 구조를 갖는 에피택셜 TiSi2상의 열적 거동과 결정학적 특성을 X선 회절법 (XRD)과 고분해능 투과전자현미경법 (HRTEM)으로 조사하였다. 에피택결 C49-TiSi2상은 1000˚C 정도의 고온에서도 안정상인 C54상으로 상변태하지 않고 형태적으로도 고온 특성이 우수하다는 것이 밝혀졌다. HRTEM 결과로부터 에피택결 TiSi2상과 Si 사이의 결정학적 방위관계는 (060) [001]TiSi2//(002) [110]Si임을 알 수 있었고 계면에서의 격자 변형에너지는 misfit 전위의 형성에 의하여 해소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 HRTEM상의 해석과 원자 모델링을 통하여 Si에서 에피택셜 C49-TiSi2상의 형성기구와 C49상의 (020) 면에 존재하는 적층결함을 고찰하였다.

산화물 자성체 (F e2 O3)5(A l2 O3)4-x(G a2 O3)x)SiO계에 대한 결정구조 및 자기적 특성을 X-선 회절법과 Mossbauer분광법을 이용하여 연구하였다. Mossbauer분광법을 통해 Ga 이온의 치환량과 온도변화에 따른 자기구조의 변화를 조사하고 초전도 양자간섭장치 (SQUID)에 의한 거시적 자성정보와 비교하였다. X-선 회절법에 의한 결정구조는 Ga 이온의 치환량에 따라 입방정스피델 구조에서 사방정 구조로의 결정학적 전이가 관측되었으며 양이온 빈자리가 상당수 포함된 새로운 형태의 페라이트임을 알았다. 비자성 Ga 이온의 치환량 증가로 초상자성 군집체 (cluster)가 형성되어 치환전의 준강자성체 질서가 점차로 초상자성 군집체와 공존하는 초상자성체 특성을 보였다 x > 0.2 경우 상온이하 온도영역에서 Mossbauer 스펙트럼은 다양하고 복잡한 형태를 보이는데 이것은 초상자성 군집체의 동결에 의한 것으로 설명된다. 또한 SQUID 측정에서 나타난 50K 이하에서의 급격한 자화값의 감소는 스핀 canting의 효과로 설명된다.명된다.다.

본 연구에서는 반구형(HSG) 다결성 실리콘 박막을 제조하여 박막에 존재하는 결정립들의 특성과 각 결정립들의 형성기구를 예측하고자 하였다. LPCVD법으로 실리콘 박막을 증착하여 미세구조를 관찰, 분석한 결과 575˚C 증착온도에서 HSG 다결정 실리콘 박막이 형성되었음을 관찰하였다. 이 HSG 박막은 비정질 및 결정질 상으로 구성되어 있었으며 결정립은 박막의 표면에 존재하는 upper grain들과 SiO2와의계면에 존재하는 lower grain들로 구분되었다. Upper grain은 실리콘 원자의 표면확산에 의하여 형성되었으며, lower grain은 고상성장에 의하여 형성되었다. 성장한 결정립들의 성장방위를 분석한 결과 주로 upper grain은 <110>, lower grain은<311>과<111>방위를 나타내었다. 이러한 방위관계는 각 결정립들의 형성기구(formation mechanism)의 차이에 기인한다고 사료된다. 또한 HSG박막의 미세구조와 진공열처리한 시편을 관찰한 결과 HSG 박막의 형성은 실리콘 원자의 표면확산에 의해 지배됨을 알았다.

이온교환 용액내 Na+ 이온의 몰농도 증가에 따른 zeolite A의 Sr2+ 이온교환 특성을 연구하기 위하여, Sr2+ 및 Na+ 이온으로 교환된 4개의 zeolite A 단결정을 혼합 이온교환 용액을 이용하여 회분법으로 준비하였 다. 이들 이온교환용액의 전체 몰농도는 0.05M이며, Sr(NO3)2:NaNO3 몰비는 각각 1:1(crystal 1), 1:100(crystal 2), 1:250(crystal 3), and 1:500(crystal 4) 이다. 이들 단결정은 623 K와 1×10-4 Pa의 진공하에서 2 일간 탈수 시 켰다. 이들의 구조는 단결정 싱크로트론 X-선 회절법으로 입방공간군 Pm3-m을 사용하여 해석하였으며 crystals 1, 2, 3 및 4의 최종 오차 인자를 각각 0.047/0.146, 0.048/0.142, 0.036/0.128, and 0.040/0.156로 정밀화하였다. Crystal 1과 2에서는 6개의 Sr2+ 이온이 결정학적으로 서로 다른 3개의 위치에서 발견되었다. Crystal 3에서는 1 개의 Sr2+ 이온과 10개의 Na+ 이온이 large cavity와 sodalite 내부에서 발견 되었다. Crystal 4 에서는 단지 12 개의 Na+ 이온만이 3개의 서로 다른 결정학적 자리에 점유하고 있었다. Sr2+ 이온의 이온교환율은 초기 Na+ 이온의 농도가 증가하고 Sr2+ 이온의 농도가 감소함에 따라 100에서 16.7 및 0%로 급격하게 감소 하였다. 또한, Sr2+ 이온 교환률이 감소 함에 따라 제올라이트 골격의 단위 격자 상수 값이 갑소 하였다.

본 연구는 제올라이트 Y (Si/Al = 1.56)에서 Cs+ 이온 교환에 Ca2+ 이온의 경쟁 양이온 효과를 연구하기 위해 수행되었다. 완전히 탈수되고 부분적으로 Cs+ 이온으로 교환된 3개의 제올라이트 Y(Si/Al = 1.56)의 단결정은 혼합이온교환 용액을 사용하여 흐름법으로 제조되었으며, 전체 농도가 0.05 M인 이온교환용액의 CsNO3 : Ca(NO3)2 몰비는 1 : 1 (Crystal 1), 1 : 100 (Crystal 2) 및 1 : 250 (Crystal 3)이다. 이온교환된 단결정을 723 K에서 2일 동안 1 × 10-4 Pa로 진공 탈수시켰으며, 결정구조는 100(1) K에서 입방공간군 Fd3̅m을 사용하여 단결정 싱크트론 X선 회절법으로 해석하고 구조를 정밀화하였다. Crystal 1, 2 및 3의 단위세포당 화학식은 |Cs21Ca27|[Si117Al75O384]-FAU, |Cs2Ca36.5|[Si117Al75O384]-FAU 및 |Cs1Ca37|[Si117Al75O384]-FAU이다. 3개의 결정 모두에서, Ca2+ 이온은 D6Rs 내의 site I을 우선적으로 점유하고 있으며 나머지는 site I’, II’ 및 II를 점유하고 있다. 한편 주어진 이온교환용액의 초기 Cs+ 이온의 농도에 따라 Cs+ 이온의 분포에 중요한 차이가 관찰되었다. Crystal 1에서는 Cs+ 이온이 site II’, II, III와 III’에 위치하고 있으며, Crystal 2에서는 site II, IIIa, IIIb에 위치하고 있다. Crystal 3에서는 Cs+ 이온은 site IIIa 및 IIIb에만 위치하고 있다. 초기 Ca2+ 이온의 농도가 증가하고 Cs+ 이온의 농도가 감소에 따라 Cs+ 이온의 교환정도는 28.0에서 2.7과 1.3 %로 급격히 감소하였다.

리트벨트 분석법과 저온에서 측정한 방사광 가속기 분말회절 자료를 이용하여 CFC-13 (CF3Cl; chlorotrifluoromethane) 분자체가 흡착된 제올라이트 Na,K-LSX (low-silica X or synthetic faujasite)의 구조분석을 수행하였으며, supercage 내의 6-ring주변에 CFC-13 분자체의 불소 원자와 LSX 제올라이트의 나트륨 양이온 간의 결합이 일어남을 확인하였다.

본 연구에서는 점토광물 표면 클러스터의 크기와 결정학적 위상이 전자 밀도와 자기 차폐 텐서에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 캐올리나이트 규산염 층을 대표하는 세 개의 서로 다른 위상의 모델 클러스터와 벤질 알코올과의 상호작용에 대해 다양한 수준의 양자화학 계산을 수행하였다. 모델 클러스터 1은 단순화된 7개의 규산염 고리로 이루어졌고, 모델 클러스터 2는 결정학적 위상을 가진 7개의 규산염 고리로 이루어졌으며, 모델 클러스터 3은 세 개의 규산염 고리와 팔면체 고리로 이루어져 있다. 멀리켄 전하 계산 결과 벤질 알코올과의 반응 후의 상대적인 전자 밀도 이동의 크기는 모델클러스터 3의 사면체 쪽 〉 모델 클러스터 1 〉 모델 클러스터 2 〉 모델 클러스터 3의 팔면체 쪽의 순으로 계산되었다. 또한 벤질 알코올과 강한 수소 결합을 하는 원자들의 전자 밀도 이동이 상대적으로 크다 벤질 알코올 흡착 전에 대한 사면체 표면 원자들의 자기 차폐 텐서 결과는 결정학적 위상을 고려하지 않은 경우 표면 중심으로부터의 거리가 비슷한 산소들끼리 유사한 등방 자기 차폐 텐서 값들을 갖고, 결정학적 위상을 고려한 경우는 결정학적으로 서로 다른 산소 자리(O3, O4, O5)에 대해 각각 228.2±3.9, 228.9±3.4, 222.3±3.0ppm으로 계산되었다. 흡착 전후의 산소 원자의 화학 차폐의 차이는 알코올과 근접한 산소들에서 약 1~5.5ppm 정도의 변화가 나타나며 이러한 변화는 최근의 고분해능 이차원 핵자기공명분광 분석을 이용하면 실험으로 관찰할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 모델 클러스터 2의 화학 차폐의 변화는 모델 클러스터 1보다 상대적으로 큰 특징을 보인다. 전자밀도 이동과 화학 차폐의 변화는 약한 양의 상관관계를 가진다. 이러한 결과들은 캐올리나이트 규산염 사면체 층과 벤질 알코올이 약한 수소 결합과 벤젠 고리와 규산염 층 산소 원자들의 약한 정전기적 힘에 의해 흡착되고 있음을 보여준다. 본 연구는 점토광물과 유기물에 대한 양자 화학 계산에서 클러스터 크기와 결정학적 위상이 고려되어야 함을 제시한다.

티타늄과 산소의 함량이 서로 다른 4가지의 합성 페롭스카이트형(perovskite-type) 광물((K2La2Tin/O2n+4, n=3, 4, 5, 6; 14/mcm, 14/mmm, I42 m)을 대상으로 리트벨트(Rietveld)구조분석법을 실시하여 결정구조를 밝히고 티타늄함량에 따른 층상형 구조를 연구하였다. 4가지 합성시료에 대하여 구조분석을 실시한결과 대표적인 페롭스카이트형 광물인 토소나이트(taustonite, La1-x //Kx /TiO3, x〈0.4)가 주성분으로 나타났으며 토스나이트내에 12개의 산소를 배위하는 A자리 양이온은 자리점유율에 의해 La3+ 와 K+ /의 치환관계를 보여준다 공간군은 14/mcm, 단위포는 a=5.505(1)~5.510(1)a, c=7.793(1)~7.796(1)a V=236.25~236.66 a3 범위의 값을 갖는다. 구조의 정밀도를 나타내는 R지수를 살펴보면 RB 값은 5.31~9.10 S(GofF)값은 0.86~1.24로 각각 계산되었다. 12배위를 하는 A자리 양이온인 란탄과 산소의 평균거리는 2.755a이고 6배위를 하는 B자리 양이온인 티타늄과 산소의 평균거리는 1.948 a의 결과를 얻었다. 합성된페롭스카이트형 광물의 층상구조가 알려져 있지 않아 시뮬레이션을 통해 구조모델을 결정하였으며 그결과 n=3인 R-38시료에서만 두 종류의 층상 페롭스카이트(La2K2Ti3O10 ) 구조 (A-type: 14/mmm, a=3.8178 a, c=29.9189 a, V=436.04 a3, B-type: 142 m, a =3.8376 a, c=28.023 a, V=412.6 a3)가 존재함을 확인하였으나 다른 시료에서는 토소나이트, 금홍석 외에 새로운 합성광물로 제파이트의 존재를 확인하였다.

세 개의 탈수한 Ag+이온과 Ca2+ 이온으로 치환한 제올라이트 A(Ag4Ca4-A, AgCa3-A, Ag8Ca2-A)를 0.1 Torr의 Rb 증기로 처리한 결정구조를 공간군 Pm3m을 써서 단결정 X-선 회절법으로 결정하였다. (단위세포상수 a는 각각 12.271(1)a, 12.255(1)a 및 12.339(1)a이다). 이들 구조의 최종 오차인수 R(무게)는 I>3σ(I)가 되는 130 회절반사로 0.072, 110 회절반사로 0.050 및 86 회절반사로 0.082이었다. 각각의 구조에서 Rb 종은 세개의 다른 결정학적 위치에 위치하고 있다. 즉 단위세포당 3개의 Rb+이온은 8-링 중심에 위치하고 약 2.5개 내지 3.0개의 Rb+이온은 소다라이트 동공내 3회 회전축상에 위치한다. 또 Ag 종이 두 개의 다른 결정학적 위치에 위치하고 약 0.7∼2.1개의 Ag+이온은 4-링과 마주보는 위치에, 약 2.2∼4.8개의 Ag 원자는 큰 동공 중심 가까이에 위치한다. 이들 구조에서 단위 세포당 Ag 원자이 수는 각각 2.2, 2.4 및 4.8개이었고 이들은 큰 동공 중심에 헥사실버 클라스터를 만든다. Rb+이온은 8-링을 막고 있어서 Ag가 골조 밖으로 이동하는 것을 막고 있고 각각의 헥사실버 클라스터는 13개의 Rb+ 이온과 배위하여 안정화된다. 단위 세포당 약 0.8개의 Rb원자가 과잉으로 존재하여 삼각 대칭형의 (Rb3)2+클라스터가 소다라이트 동공내의 존재한다. 적어도 하나의 큰 동공의 6-링 Rb+ 이온은 소다라이트 동공의 (Rb3)2+클라스터에 접근하므로 이들 클라스터는 (Rb)43+, (Rb)54+ 혹은 (Rb)65+가 형성될 수도 있다.