한국어
메뉴

나노 재료

금이나 주석 등 금속의 나노입자에서는 입경이 수 nm까지 작아지면 벌크의 융점보다 낮은 온도에서 융해한다. 이 융점 강하의 주된 원인으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A표면 원자의 비율이 늘어나 표면 에너지만큼 고체의 자유 에너지가 높아지고, 액체가 저온에서 안정해지기 때문
  2. B입경이 수 nm가 되면 양자 크기 효과로 밴드갭이 넓어지고, 금속 결합이 약해져 원자가 움직이기 쉬워져 녹기 때문
  3. C입자가 작을수록 원자 1개당 융해열이 커져서, 적은 가열로 표면부터 내부까지 융해가 단숨에 진행되기 때문
정답과 해설 보기

정답: A. 표면 원자의 비율이 늘어나 표면 에너지만큼 고체의 자유 에너지가 높아지고, 액체가 저온에서 안정해지기 때문

표면의 원자는 결합의 일부를 잃었기 때문에, 입자의 자유 에너지에는 표면 에너지 항이 더해집니다. 입경이 작을수록 표면 원자의 비율이 늘어나 고체의 자유 에너지가 높아지므로, 고체와 액체의 자유 에너지가 같아지는 온도, 즉 융점이 낮아집니다(깁스-톰슨 효과). 고체와 액체의 계면 에너지를 고려하면, 융점의 저하량은 대략 입경에 반비례합니다. 양자 크기 효과는 전자의 에너지 준위에 관한 이야기로, 금속의 융점 강하의 주된 원인이 아닙니다. 또한 나노입자에서는 융해열이 오히려 작아지는 경향이 있어, '융해열이 커지므로 녹기 쉽다'는 논리는 방향이 반대입니다.

오류 신고

이 분야 풀기 분야 페이지로

나노 재료의 다른 문제

  1. 구형 금속 나노입자의 융점을 지름 d를 써서 Tm(d) = Tm∞(1 − β/d)로 근사할 수 있다고 한다. 금의 벌크 융점 Tm∞ = 1337 K, β는 가정한 모델값으로 1.0 nm라고 할 때, 지름 5.0 nm인 금 나노입자의 융점에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  2. 단일벽 탄소 나노튜브의 전자적 성질은 그래핀을 마는 방향을 나타내는 카이랄 지수 (n, m)으로 정해지며, n − m이 3의 배수이면 금속적, 그렇지 않으면 반도체적이 된다. 다음 중 금속적인 것은 무엇인가?
  3. 단일벽 탄소 나노튜브의 지름은 그래핀의 격자 상수 a = 0.246 nm를 써서 d = a√(n² + nm + m²)/π로 나타낸다. 카이랄 지수 (10, 10)인 나노튜브의 지름에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  4. 그래핀의 구조와 성질에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  5. CdSe 양자점(벌크 밴드갭 1.74 eV)에서 구속에 의한 에너지 증가가 반지름 R의 제곱에 반비례한다는 간단한 모델을 가정하고, R = 3.0 nm일 때 0.30 eV였다고 한다. R = 2.0 nm인 양자점의 실효 밴드갭에 가장 가까운 것은 무엇인가? 전자와 정공의 쿨롱 상호 작용은 무시한다.