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물질의 용융과정에서 고체표면의 역할에 대한 계산과학적 고찰
이 보고서는 한국연구재단(NRF, National Research Foundation of Korea)이 지원한 연구과제( 물질의 용융과정에서 고체표면의 역할에 대한 계산과학적 고찰 | 2004 년 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 한주환(영남대학교) ) 연구결과물 로 제출된 자료입니다.
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  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
연구과제번호 D00018
선정년도 2004 년
과제진행현황 종료
제출상태 재단승인
등록완료일 2005년 07월 17일
연차구분 결과보고
결과보고년도 2005년
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 실제의 모든 고체는 그 자신의 유한한 크기로 인해 반드시 표면을 지니고 있으며, 따라서 실제의 용융현상을 잘 설명하는 용융이론이 되려면 이러한 고체크기의 유한성으로 인한 계면의 존재가 용융현상에 어떠한 영향을 미치는지가 반드시 설명되어야 하고 이것이 실험적으로 검증되어야 할 것이다. 실제로, 고체의 용융은 그 고체의 표면에서부터 시작하여 점점 내부로 진행하는 양상으로 항상 관찰되고 있다. 만일 고체의 표면이 용융현상에 아무런 영향을 미치지 않는다면, 온도가 용융온도에 도달하였을 때 고체의 표면뿐만 아니라 내부에서도 동시에 용융이 일어나야 할 것이며 따라서 용융이 진행되고 있을 때 고체를 관찰하면 내부에서 액상방울이 보여야 할 것이다. 그러나 실제에 있어서는 이러한 액상방울이 고체내부에서 전혀 관찰된 바 없으며 항상 고체의 표면에서부터 용융이 개시되고 있음을 확인할 수 있다.

    본 연구에서 컴퓨터 모사실험을 통하여 용융에 미치는 고체표면의 역할을 규명하였다. 모사실험의 결과 고체의 용융은 표면을 매개로하여 일어나고 있으며, 이 과정에서 고체표면은 surface roughening과 회전운동 자유도를 지닌 고체표면 원자들의 클러스터 형성에 기인한 표면원자의 무질서화(surface melting)의 단계를 지나면서 그 구조전이가 일어남을 알 수 있었다.

    자연계에서 그처럼 일상적으로 일어나는 용융현상에 대한 이해 없이는 액상의 존재로 인해 나타나는 자연계의 수많은 제반 현상들을 제대로 이해하기 어렵다. 더욱이 재료의 과학과 공학 분야에서는 액상의 존재 및 이들의 공간적 분포 등의 제어를 통해 재료의 미세조직(microstructure), 더 나아가서는 물성의 조절을 꾀하고 있는데, 이러한 액상의 형성과정과 거동을 원자적 수준에서 이해한다면 고상-액상계면의 물성을 제어할 수 있게 되어 보다 효과적으로 재료를 개발할 수 있는 원천을 제공할 수 있을 것으로 믿어진다. 본 연구에서 컴퓨터 모사실험을 통하여 용융에 미치는 고체표면의 역할을 규명하였다.
  • 영문
  • A thermodynamic model for solid surface was established and its characteristics on the basis of this model were exploited through atomistic simulation. To do this, the potential energy configuration around the solid surface and the atomic arrangements maximizing entropy with the smallest expenditure of the potential energy were considered. The resultant interface model supports the hypothesis that the interface structure varies with temperature through the two parallel atomic processes the structural change of the atomically periodic lattice points from smooth to rough, called surface roughening, and then the structural transition due to the formation of rotationally random atomic clusters, surface melting. The cluster is defined as an atomic arrangement within which atoms are arranged in some order. The model is expected to be quite well in describing the general behavior of the solid surface and accounting for the questions remained uncertain the interfacial phenomena.
연구결과보고서
  • 초록
  • 실제의 모든 고체는 그 자신의 유한한 크기로 인해 반드시 표면을 지니고 있으며, 따라서 실제의 용융현상을 잘 설명하는 용융이론이 되려면 이러한 고체크기의 유한성으로 인한 계면의 존재가 용융현상에 어떠한 영향을 미치는지가 반드시 설명되어야 하고 이것이 실험적으로 검증되어야 할 것이다. 실제로, 고체의 용융은 그 고체의 표면에서부터 시작하여 점점 내부로 진행하는 양상으로 항상 관찰되고 있다. 만일 고체의 표면이 용융현상에 아무런 영향을 미치지 않는다면, 온도가 용융온도에 도달하였을 때 고체의 표면뿐만 아니라 내부에서도 동시에 용융이 일어나야 할 것이며 따라서 용융이 진행되고 있을 때 고체를 관찰하면 내부에서 액상방울이 보여야 할 것이다. 그러나 실제에 있어서는 이러한 액상방울이 고체내부에서 전혀 관찰된 바 없으며 항상 고체의 표면에서부터 용융이 개시되고 있음을 확인할 수 있다. 본 연구에서 컴퓨터 모사실험을 통하여 용융에 미치는 고체표면의 역할을 규명하였다. 모사실험의 결과 고체의 용융은 표면을 매개로하여 일어나고 있으며, 이 과정에서 고체표면은 surface roughening과 회전운동 자유도를 지닌 고체표면 원자들의 클러스터 형성에 기인한 표면원자의 무질서화(surface melting)의 단계를 지나면서 그 구조전이가 일어남을 알 수 있었다.
  • 연구결과 및 활용방안
  • 자연계에서 그처럼 일상적으로 일어나는 용융현상에 대한 이해 없이는 액상의 존재로 인해 나타나는 자연계의 수많은 제반 현상들을 제대로 이해하기 어렵다는 점이다. 더욱이 재료의 과학과 공학 분야에서는 액상의 존재 및 이들의 공간적 분포 등의 제어를 통해 재료의 미세조직(microstructure), 더 나아가서는 물성의 조절을 꾀하고 있는데, 이러한 액상의 형성과정과 거동을 원자적 수준에서 이해한다면 고상-액상계면의 물성을 제어할 수 있게 되어 보다 효과적으로 재료를 개발할 수 있는 원천을 제공할 수 있을 것으로 믿어진다.
  • 색인어
  • 용융, 고체, 표면, 표면구조전이, 모사실험
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