물질의 구조

1. 고체에서 원자들은 재료를 형성하기 위하여 작은 군의 원자들이 단위 셀(Unit Cell)이라 불리는 반복적인 패턴으로 배열을 하여야 하며 결정은 크게 단결정, 다결정, 비정질 등으로 구분한다.

2. 결정(Crystal) : 원자의 배열이 규칙적인 고체

 

3. 단결정(Single Crystal) : 원자의 규칙성과 반복성이 고체전체에 균일하게 이어진 고체

4. 다결정(Poly Crystal) : 대부분의 금속이 이에 속하며 수많은 결정들의 집합으로 하나의 결정이 아닌 경우

 

5. 비정질(Amorphous) : 분자가 무작위로 배열되어 규칙이 없는 고체

 

6. 단순입방구조(SC, Simple Cubic)

1) 단위세포의 각 8개의 모서리에 1/8개의 원자가 위치하여 한개(1/8 x 8 = 1)의 원자를 포함하는 구조.

2) 이는 자연계에서 불안정한 구조로 존재하기가 매우 어려운 구조이다.

3) 단위 셀당 포함하고 있는 원자수(Contains = 1[atom/util cell])는 1개.

4) 가장 가까이 있는 원자수(Nearestneighbors)의 정합면(Coordination)은 6개.

5) 원자 충전율(APF) : 0.524

7. 체심입방구조(BCC, Body Centered Cubic)

1) 단위세포의 각 8개의 모서리에 1/8개의 원자가 위치하고 가운데에 1개의 원자가 더 존재해 2개(1/8 x 8)+1=2의 원자를 포함하는 구조

2) 체심입방구조에 대한 원자간의 조밀방향길이(Close packed Direction Length)는 4R=√3a​이 되고 조밀방향은 대각선(Cube Diagonals) 방향이 된다.

3) 단위 셀당 포함하고 있는 원자수(Contains=1[atom/util cell])는 2개.

4) 가장 가까이 있는 원자수(Nearestneighbors)의 정합면(Coordination)은 8개.

5) 원자 충전율(APF) : 0.68

8. 면심입방구조(FCC, Face Centered Cubic)

1) 단위세포의 각 8개의 모서리에 1/8개의 원자가 위치하고 6개의 면에 1/2개의 원자가 존재하여 4개(1/8 x 8) + (1/2 x 6) = 1 + 3 =4)의 원자를 포함하는 구조이다.

2) 면심입방구조에 대한 원자간의 조밀방향길이(Close packed Direction Length)는 4R=√2a​이 되고 조밀방향은 면의 대각선(Face Diagonals) 방향이 된다.

3) 단위 셀당 포함하고 있는 원자수(Contains = 1[atom/util cell])는 4개.

4) 가장 가까이 있는 원자수(Nearestneighbors)의 정합면(Coordination)은 12개.

5) 원자 충전율(APF) : 0.74

9. 충전율(Atomic Packing Factor) 계산법

원자​충전율(APF) = 단위셀내의 원자의 체적/단위셀의 체적​

10. 육방조밀구조(HCP, Hexagonal Colse-Packed)

1) 원자를 정사각형으로 아래 층에 배열하고 그 원자 위에 다시 원자를 갖는 형태로 쌓은 구조로 단순입방(SC) 구조의 불안정한 구조를 개선하기 위한 구조.

2) 육방조밀구조에 대한 원자간의 조밀방향길이(Close packed Direction Length)는 2R=a​가 된다.

3) 단위 셀당 포함하고 있는 원자수(Contains = 1[atom/util cell])는 6개.

4) 가장 가까이 있는 원자수(Nearestneighbors)의 정합면(Coordination)은 12개.

5) 원자 충전율(APF) : 0.74

11. 육방조밀구조 결정들에 대한 특성

Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)
He	4.08	Zn	5.77	Zr	1.594
Be	4.20	Cd	5.92	Cd	1.592
Mg	4.43	Co	6.29	Lu	1.586
Ti	5.63	Y	6.59

12. 섬아연광구조

1) 다른 두 종류의 원자가 서로 면심입방(FCC) 배열을 하고 있는 구조

2) 섬아연광구조의 대표적인 결정은 갈륨비소(GaAs)

13. 섬야연광 구조의 결정특성

Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)
CuF	4.26	AlP	5.45	AlAs	5.66
SiC	4.35	GaP	5.45	CdS	5.82
CuCl	5.41	ZnSe	5.65	InSb	6.46
ZnS	5.41	GaAs	5.65	AgI	6.47

14. 다이아몬드 구조

1) 같은 종류의 원자가 서로 면심입방(FCC) 배열을 하고 면심입방 구조의 각 원자로부터 1/4지점 내부에 하나의 원자가 있고 대각선 방향으로 또 하나의 원자가 배열하며 반대로 위에서부터 엇갈린 방향으로 1/4에 위치하여 두 개의 원자가 대각선으로 위치하는 구조.

2) 다이아몬드의 원자충진률 : 0.34

3) 단위셀의 원자수는 8개

4) 다이아몬드구조의 대표적인 결정은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)

 

Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)	Crystal	a (Å)
C	3.56	Si	5.43	Ge	5.65
Sn	6.46