열역학 - BULK METALLIC GLASS의 열역학적 관점

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본문 비정질은 열에너지를 받으면 새로운 평형상태 구조로 바뀔 수 있는 비평형상태의 구조를 이루고 있다, 따라서 어떤 온도에서 비평형 상태의 비정질이 평형상태의 무질서한 구조, 즉 액상의 구조로 천이하는 현상이 일어난다. 이러한 이유로 비정질에 있어 구조적인 특징 외에도 가장 중요한 특징은 glass transition 이라고 할 수 있다. 유리 천이란 온도가 변함에 따라 열역학적 미분 계수들이 결정 유사 값에서 액상 유사 값으로 변하는 현상이다. 액상을 냉각시킬 때에는 냉각 속도에 따라서 결정화 과정을 거치거나 혹은 T _ m 이하로 과냉되는 경우가 있을 수 있다. 액상을 충분히 과냉 시키면 밀도는 점점 감소하고 점도는 증가하게 된다. 따라서 액상 내의 원자 이동은 점점 더 어려워 진다. 이러한 변화들은 온도에 따른 과냉 액체의 부피를 측정하여 알아낼 수 있으며 그전형적인 결과가 (그림.1)에 도식적으로 나타나 있다. 비정질 형성은 부피 변화 기울기의 작은 변화에도 영향을 받는 반면 결정화 과정은 T _ m 에서의 갑작스런 부피 변화에 의해 결정된다. 기울기 변화가 일어나는 영역을 유리천이온도 T _ g 라고 하며 이 온도에서 합금은 frozen-in 비정질 원자 구조를 가지고 최종적으로 응고한다. 냉각 속도가 느려질수록 원자가 움직일 수 있는 시간이 길어지게 되므로 액상이 평형 구조를 이를수 있게 된다. 따라서 냉각속도가 낮을수록 비정질은 더 낮은 유리천이온도에서 고화되며 이때의 밀도는 더 큰 값을 가지고 구조적인 엔트로 변화(TRIANGLE S)는 낮아진다. 따라서 유리천이온도는 물질 고유의 값이 아니며 실험 조건에 따라 달라지는 함수이다. 액상과 결정상의 부피(V) 및 엔트로피(S) 차이는 온도가 감소함에 따라 점점 작아지게 되고 이상 유리 천이온도 라고 불리는 t _ g 이상의 온도에서 유리천이 현상이 일어나야한다. 한편 유리천이 온도의 다른 정의로서 점도가 어느 측정값에 도달하는 온도를 이용한다. 부피, 엔트로피, 엔탈피와 같은 열역학적 변수들은 유리천이온도에서 급격히 변하지 않지만 이들의 온도에 따른 기울기는 유리천이온도에서 급격하게 변화한다. 즉 t _ g 에서 열팽창계수와 비열과 같은 미분 변수들의 불연속성을 의미한다. (그림.1)은 비정질 합금의 몰부피V, 엔트로피S, 열팽창계수vM 비열 C _ P 의 온도에 대한 변화를 도식적으로 보여준다. 즉 유리 천이온도는 고체 비정질이 비열이나 열팽창계수와 같은 열역학적 미분 성질이 액상 유사 상태에서 결정상 유사 상태로 다소 급격히 변화하는 현상이다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 관점, 열역학