유리와 비정질 재료
산화물 유리의 단범위 규칙성과 망목 구조, 망목 형성 산화물과 수식 산화물, 비가교 산소, 점도의 온도 의존성, 풍랭 강화와 화학 강화, 금속 유리의 형성능과 성질, 비정질 실리콘을 3지선다 문제로 학습합니다.
—나의 정답률
0 / 15푼 문제
유리와 비정질 재료 핵심 정리
유리는 융액을 냉각할 때 결정화하지 않고 구조가 동결된 비정질 고체로, 최근접 배위는 일정하더라도 장범위 주기성을 갖지 않습니다. 산화물 유리에서는 SiO₂ 등의 망목 형성 산화물이 꼭짓점을 공유하는 망목을 만들고, Na₂O나 CaO 등의 수식 산화물이 가교를 끊어 비가교 산소를 만들어 점도와 유리 전이 온도를 낮춥니다. 점도의 온도 변화는 VFT 식으로 나타내며, 성형이나 서랭 온도의 기준이 됩니다.
유리는 표면의 흠에서 인장에 의해 파괴되므로, 풍랭 강화나 이온 교환에 의한 화학 강화로 표면에 압축 응력을 넣어 강하게 만듭니다. 금속도 다성분이고 원자 크기가 서로 다르며 혼합열이 음인 합금이라면 느린 냉각에서도 유리가 되어, 높은 강도와 큰 탄성 변형률을 나타냅니다. 수소로 미결합손(댕글링 본드)을 종단한 비정질 실리콘은 대면적 박막 트랜지스터나 태양 전지에 사용됩니다.
유리와 비정질 재료 문제 목록(15문제)
- 소다석회 유리와 같은 산화물 유리의 원자 배열에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 단독으로도 유리가 되며, 산화물 유리의 망목 골격을 만드는 망목 형성 산화물의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- SiO₂ 유리에 Na₂O를 첨가하면 유리의 구조와 성질은 어떻게 변하는가?
- 30 mol% Na₂O-70 mol% SiO₂의 나트륨 규산염 유리에서 Na₂O 1개가 비가교 산소를 2개 만든다고 하면, SiO₄ 사면체 1개당 비가교 산소의 수(NBO/T)에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 어떤 소다석회 유리의 점도 η(Pa·s)가 VFT 식 log₁₀η = A + B/(T − T₀)(A = −2.5, B = 4300 K, T₀ = 520 K)로 나타난다고 한다. 점도가 10¹² Pa·s(서랭점의 기준으로, 유리 전이 온도에 가까움)가 되는 온도에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 판유리를 풍랭으로 강화하는(물리 강화) 원리로 옳은 것은 무엇인가?
- 두께 t = 10 mm인 풍랭 강화 유리에서 두께 중앙으로부터의 거리를 y라 하면, 응력이 σ(y) = σc(1 − 12y²/t²)(인장을 양, σc는 중앙의 인장 응력)의 포물선으로 분포한다고 한다. 표면의 압축 응력이 120 MPa일 때, 중앙의 인장 응력 σc와 표면에서 압축층이 끝나는 곳까지의 깊이의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 스마트폰의 커버 유리 등에 사용되는 화학 강화(이온 교환에 의한 강화)에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 수 mm 이상의 두께에서도 유리가 되는 벌크 금속 유리를 만들기 쉬운 합금의 조건으로 경험적으로 알려진 조합(이노우에의 경험 법칙)은 무엇인가?
- 턴불의 기준에서는 환산 유리 전이 온도 Trg = Tg/Tl(Tg는 유리 전이 온도, Tl은 액상선 온도, 둘 다 절대 온도)이 클수록 융액을 냉각했을 때 유리가 되기 쉽다. 다음 합금 중 이 기준으로 가장 유리가 되기 쉬운 것은 무엇인가?
- 구리 주형에 부어 판 모양의 금속 유리를 만든다. 판 중심의 냉각 속도가 판 두께 d의 제곱에 반비례한다고 하고, 두께 1.0 mm일 때의 냉각 속도를 1.0×10³ K/s로 한다. 임계 냉각 속도가 10 K/s인 합금을 유리로 만들 수 있는 최대 판 두께에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 어떤 Zr기 벌크 금속 유리의 항복 강도가 1.8 GPa, 영률이 90 GPa이다. 탄성 변형률의 한계를 σy/E로 추정한 값과, 결정성 금속 재료와의 비교의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 금속 유리의 상온에서의 소성 변형에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 태양 전지나 박막 트랜지스터에 쓰는 비정질 실리콘을 실란의 플라즈마 CVD로 수소를 약 10% 포함한 a-Si:H로 만드는 주된 이유는 무엇인가?
- 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H)과 결정 실리콘의 성질 비교로 옳은 것은 무엇인가?