In this study, crystallization was effectively suppressed in Al-based metallic glasses (Al-MGs) during pulverization by cryo-milling by applying an extremely low processing temperature and using a surfactant. Before Al-MGs can be used as an additive in Ag paste for solar cells, the particle sizes of the Al-MGs must be reduced by milling. However, during the ball milling process crystallization of the Al-MG is a problem. Once the Al-MG is crystallized, they no longer exhibit glass-like behavior, such as thermoplastic deformation, which is critical to decrease the electrical resistance of the Ag electrode. The main reason for crystallization during the ball milling process is the heat generated by collisions between the particles and the balls, or between the particles. Once the heat reaches the crystallization temperature of the Al-MGs, they start crystallization. Another reason for the crystallization is agglomeration of the particles. If the initially fed particles become severely agglomerated, they coalesce instead of being pulverized during the milling. The coalesced particles experience more collisions and finally crystallize. In this study, the heat generated during milling was suppressed by using cryo-milling with liquid-nitrogen, which was regularly fed into the milling jar. Also, the MG powders were dispersed using a surfactant before milling, so that the problem of agglomeration was resolved. Cryo-milling with the surfactant led to D50 = 10 um after 6 h milling, and we finally achieved a specific contact resistance of 0.22 mΩcm2 and electrical resistivity of 2.81 μΩcm using the milled MG particles.

NiTiZrSiSn bulk metallic glass powder was produced using inert gas atomization and then was sprayed onto a SS 41 mild steel substrate using the kinetic spraying process. Through this study, the effects of thermal energy of in-flight particle and crystallization degree by powder preheating temperature were evaluated. The deformation behavior of bulk metallic glass is very interesting and it is largely dependent on the temperature. The crystalline phase formation at impact interface was dependent on the in-flight particle temperature. In addition, variations in the impact behavior need to be considered at high strain rate and in-flight particle temperature.

비정질 실리콘 박막 위에 구리용액을 스콘코팅하여 구리이온을 흡착시킨 후 이를 표면 핵생성 site로 이용하는 새로운 저온 결정화 방법에 관하여 연구하였다. 구리 흡착으로 LPCVD비정질 실리콘 박막의 결정화온도를 500˚C까지 낮출 수 있었고 결정화시간도 크게 단축되었다. 530-600˚C에서 어닐링시 구리가 흡착된 비정질 실리콘 막은 나뭇가지 형태의 fractal을 이루며 결정화되었다. 이때 fractal크기는 구리용액의 농도에 따라 30-300μm로 성장하였다. Fractal의 내부는 새 털 모양의 타원형 결정립으로 구성되어 있으며 TEM 에 의한 최종 결정립의 크기는 0.3-0.4μm로 intrinsic 비정질 실리콘 박막을 600˚C에서 어닐링하였을 때화 크기가 비슷하였다. 구리용액의 농도 증가에 따라 핵생성 활성화 에너지와 결정성장 활성화 에너지가 감소하였다. 결과적으로 구리 흡착이 표면에서 우선 핵생성 site를 증가시키고 핵생성 및 fractal 성장에 필요한 활성화 에너지를 모두 낮추어 저온에서도 결정화가 촉진되었음을 알 수 있었다.

비정질 실리콘의 표면에 Ni과 Pd를 형성하여 측면으로의 결정화 속도를 향상시켰다. Ni에 의해 비정질 실리콘이 측면으로 결정화될 때 그 성장 속도는 500˚C에서 3wμm/hour였으며 이때의 활성화 에너지는 2.87eV로 나타났다. Pd의 경우는 Pd2Si의 형성에 의해 압축 응력이 유발되어 Pdrks의 간격이 좁을수록 측면으로의 결정화 속도가 증가하였다. Ni과 Pd을 각각 다른 부분에 증착시키고 결정화시키면 Ni에 의해 측면으로 결정화되는 속도가 Ni만으로 결정화시킬 때 보다 약 2배 이상의 측면결정화 속도를 보였다.

세가지 다른 방법을 이용하여 형성시킨 비정질 실리콘(SiH4 a-Si, Si2H6 a-Si, Si+ implanted SiH4 a-Si)들에 대한 저온 결정화 기구의 차이를 고전적 이론인 Avrami 식(X=1-exptn, X=결정화 분율, t=열처리 시간, n=지수)을 이용하여 검토하였다. Silane으로 형성된 비정질 실리콘의 결정화 과정에서는 Avrami 식에서의 n의 값이 2.0을 나타내고 있어, 결정성장이 이차원적으로 이루어지면서 핵생성률이 시간에 따라 감소하고 있음을 알 수가 있었다. Si+ 이온 주입에 의하여 형성된 비정질 실리콘의 결정화에서는 3.0의 지수 값이 얻어지고 있어, 정상상태의 핵생성과 함께 2차원적인 결정 성장이 이루어지고 있었다. Disilane으로 형성된 비정질 실리콘에 대한 결정화에서는 2.8의 지수값이 얻어져, 정상상태의 핵 생성이 우세하게 일어나는 2차원적인 결정성장이 일어나고 있음을 알 수 있었다. 또한 TEM을 이용하여 시간에 따라 변하는 핵생성률을 조사하여, Avrami 식의 적용이 타당성 있음을 증명하였다. 마지막으로, 최종 입자의 크기가 열처리 온도에 크게 영향을 받고 있지 않음을 확인하였다.

다양한 온도에서 스트루바이트(struvite, MgNH4PO4·6H2O)들이 합성 및 건조되었다. 스트루바이트의 결정화와 그 구조적 특성은 합성 온도와 건조 온도 모두에게 큰 영향을 받았다. 스트루바이트는 합성 온도 ≤30℃에서 순조롭게 형성되었으며, 결정도는 합성 온도와 역의 관계를 보였다. 또한, 스트루바이트 결정도는 건조 온도가 45℃에서 60℃로 증가함에 따라 감소되었으며, 이는 열분해로 인해 발생한 구조적 물 분자와 암 모늄 이온의 손실로 촉진되었다. 그러나 낮은 합성 온도에서 합성된 스트루바이트 일수록 높은 결정도를 가 지며, 열분해에 의한 비정질화가 억제되었다. 본 결과는 저온의 열역학적으로 안정한 조건에서 형성된 스트루 바이트는 높은 결정성을 보이며, 이에 따른 구조 안정성과 열저항성을 갖음을 입증한다.