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박막·표면·나노 재료

금속 결정의 표면 에너지에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A표면의 원자는 결합의 일부를 잃으므로 표면 에너지는 양이며, 일반적으로 원자가 조밀하게 채워진 저지수면일수록 작다
  2. B표면의 원자는 이웃 원자가 적은 만큼 자유롭게 움직일 수 있어 내부의 원자보다 안정하므로, 표면 에너지는 음의 값을 취한다
  3. C금속 결합에는 방향성이 없으므로 끊어지는 결합의 수도 면에 관계없으며, 표면 에너지는 결정면의 방향에 관계없이 일정하다
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정답: A. 표면의 원자는 결합의 일부를 잃으므로 표면 에너지는 양이며, 일반적으로 원자가 조밀하게 채워진 저지수면일수록 작다

결정을 잘라 표면을 만들면 표면의 원자는 이웃 원자와의 결합 일부를 잃습니다. 그만큼 에너지가 높아지므로, 단위 면적당 여분의 에너지인 표면 에너지는 양의 값입니다. 금속 결합에 방향성이 없다고 해도 끊어지는 결합의 수는 면에 따라 다르며, FCC의 {111}면처럼 원자가 조밀하게 채워진 면에서는 면에 수직인 방향의 결합이 적으므로 표면 에너지가 작아집니다. 그래서 결정의 평형 형상이나 성장한 입자에는 저지수의 조밀면이 나타나기 쉽습니다. 결합이 강하고 융점이 높은 금속일수록 표면 에너지가 크며, 텅스텐은 약 3 J/m², 알루미늄은 약 1 J/m² 정도입니다.

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