환경과 무기화학 -세라믹 공학-

소개글

환경과 무기화학 -세라믹 공학-에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 인류문명의 유리 1쪽

2. 유리의 발전 새 유리 2쪽

2-1 초급랭법 3쪽

2-2 졸-겔법
2-2.(1) 벌크유리의 합성
2-2.(2) 코팅막의 제조

2-3. 화학 증착법
2-3.(1) 광섬유에서의 CVD법 적용
2-3.(2)개량형 화학증착법
2-3.(3)기상축부착법
2-3.(4)플라즈마 CVD법
2-3.(5)광 CVD법

2-4. 초미세처리법
2-4.(1) 미세결정의 제조
2-5. 상분리
2-5.(1) 강화유리
2-5.(2) 내알칼리성 다공질 유리
2-5.(3) 고정화 효소의 담지체

2-6. 이온교환법
2-6.(1) 유리의 이온치환 15쪽
2-6.(2) 유리표면에 이온주입 16쪽

3. 참고자료 18쪽

본문내용

도록 보통의 분상유리보다 200˚C이상이나 높은 온도로 열처리 한다. 그런데 이렇게 높은 온도에서 처리하면 이번에는 세공 분포가 현저히 변화하며 그 평균 세공지름 자체도 상당히 크게 된다. 바꾸어 말하면 내 알칼리성 개선 목적으로 를 유리에 도입하면 그 세공 지름이 커져서 반응 표면적이 감소하는 문제에 봉착하게 된다. 이에 대한 해결방법은 아직 발견되지 못하고 있다.
2-5.(3) 고정화 효소의 담지체
효소라는 유기물질을 무기다공질유리의 세공에 고정하는 데는 실란카프린아조결합이라 불리는 공유결합법이 쓰인다.
효소의 고정에 따른 촉매반응은 일종의 생물공학에 대한 유리의 응용 예인데, 여기에는 많은 방법이 있다. 분말상의 다공질유리표면에 효소를 고정화하여 원료 기질을 반응조에 혼합 교반하는 방법, 혹은 물에 가까운 비중의 중공 유리구를 원료 기질에 띄워서 반응시키는 방법, 고정화 효소의 칼럼 베드를 만들어 기질을 투과시키는 방법 등이 있다. 또 약간 큰 세공을 만들어, 여기에 메탄균을 상게하고 오염된
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물을 흘려서 반응시키는 바이오 리액터도 있다. 이것은 수중의 유기물을 분해하여 메탄가스로 바꾸어 오염된 물을 재생하는 연구에 쓰이고 있다.
다공질유리의 정교한 응용 예의 하나로 굴절률 분포형 슬래브렌즈를 만드는 방법이 있다. 굴절률 분포형 슬래브 렌즈란 직육면체의 중간에 상하방향의 굴절률이 연속적으로 변화되어 정확히 그 중간선에서 가장 굴절률이 높고 상하로 갈수록 굴절률이 떨어지는 포물선형의 굴절분포를 갖는 유리 블럭이다. 직육면체의 옆 방향, 즉 좌우로는 굴절률 변화가 없다.
또한 좌단면에는 큰 원형의 빛이 들어오면 굴절률 분포의 변화에 따라서 우단면에서 가로로 한 줄기의 빛이 집속되어 출사된다. 혹은 왼쪽에서 유리섬유에 의해 미소한 한 점의 빛이 입사하여 오면 다른 쪽에서는 가로의 한 줄기의 빛으로 출사되므로 한 개의 섬유의 광신호를 몇 개의 유리섬유에 나누는 것이 가능하다. 즉 광분기회로 부품으로의 기능을 하고 있는 것이다. 역방향에서부터 몇 개의 섬유를 통해 빛을 입사시키면 하나의 광신호로 만들어 보낼 수 있는 광결합기가 된다.
이 슬래브 렌즈를 만드는 데는 먼저 직사각형의 다공질유리를 만들고, 이것을 초산세슘이나 초산타륨의 수용액 중에 몇 시간 동안 침지한다. 이렇게 하면 다공질유리 중에 균일하게 Cs(Tl) 이온이 함침 된다. 이어서 알코올 용액에 침지시키면 처음에 함침 된 표면 가까이의 Cs(Tl) 이온은 세공에서 용출되어 결국, 유리의 중심부는 Cs(Tl)의 농도가 가장 높고, 표면으로 갈수록 그 농도가 낮은 Cs(Tl) 농도 분포인 중간체가 만들어진다. 이것을 진공 건조한 후 700~800˚C로 소결하면 Cs(Tl)의 농도 분포에 대응한 굴절률 분포의 슬래브 렌즈가 완성된다. 함침된 Cs 나 Tl 이온은 높은 굴절률을 갖게 하는 성분으로 알려져 있으며 이 방법은 강제로 분자를 유리세공에 집어넣는 것이어서 분자스태핑법 이라고도 불리고 있다.
2-6. 이온교환법
2-6.(1) 유리의 이온치환
유리를 구성하는 성분은 크게 분류하면 유리의 망목을 형성하는 유리 형성 산화물과 이 망목을 수식하는 역할을 하는 유리망목수식 산화물로 분류할 수 있다. 전자에는 실리카, 산화붕소 등이 있고, 후자에는 알칼리나 알칼리토류 산화물이 있다. 특히 알칼리 이온은 유리골격에 비교적 약하게 결합되어 있기 때문에 온도를 올리면 쉽게 자기의 위치를 벗어나서 움직이기 시작한다. 고온에서 유리에 전류가 흐르는 것도 이와 같이 알칼리 이온이 움직이기 쉽기 때문이다.
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Na를 함유하고 있는 유리를 400˚C 정도의 질산칼륨 용융염 속에 담가두면 유리 속의 Na는 용융염 속으로 녹아나오고 반대로 용융염 쪽에서는 K 이온이 유리 속으로 확산해 들어간다. 즉 이온교환이 일어난다. 유리가 얇거나 작을 경우에는 조금 시간을 주면 거의 완전하게 양쪽 이온을 바꾸어 넣을 수가 있다. 짧은 시간동안 담가 두면 유리 표면 부근의 알칼리만 치환할 수 있다. 이 치환속도는 주로 양쪽 이온의 자기확산계수로부터 얻어지는 상호확산계수에 지배되고 또 각각의 이온의 확산계수는 그 이온의 크기에 반비례한다. 일반적으로 이온교환이 일어나는 온도는 유리가 변형되지 않도록 유리 전이온도 이하로 조절한다.
이온교환법으로 화학적 유리 표면을 강화 할 수가 있다.
교환한 양쪽 이온의 크기를 예를 들면 Na와 K 이온의 경우, Na= O.98, K= 1.33 으로 K 이온 쪽이 3% 정도 크다. 따라서 유리 속의 L작은 이온이 빠진 구멍에 억지로 큰 이온을 밀어 넣은 상태가 되어, 유리구조에는 상당한 스트레스가 걸린다. 이 스트레스는 유리 표면층에 압축응력을 부여하기 때문에 유리 표면을 강화하게 된다. 복잡한 모양을 한 유리제품이나, 공랭강화를 할 수 없는 얇은 유리제품은 이 방법으로 강화시킨다. 예를 들면 안경렌즈나 시계의 커버 유리를 강화하는 데는 이 방법을 쓴다. 압착공기를 내뿜어서 급랭 강화하는 공랭강화법에 대응하여, 이온교환에 의해서 강화하는 방법은 화학강화법이라 한다.
그런데 이온교환에는 그 효과가 잘 나타나는 유리조성이 있다. 예를 들면 유리 속에 적당한 양의 알루미나가 함유되어 있으면 K이온은 선택적으로 알루미늄 이온의 근처에 위치하게 되고 유리 속에 다량 확산하여 강화효과를 높을 수 있다. 이것은 유리 속에서의 Al과 K의 친화성에 착안한 재미있는 응용의 예가 될 수가 있다.
2-6.(2) 유리 표면에 이온주입
실리콘 기판에 붕소나 인을 이물질로 도핑 하여 반도체를 제조하는 방법의 하나로 가속한 이온을 실리콘에 쏘아서 심는 방법이 있다. 고집적도의 실리콘 LSI에는 이 이온주입에 의한 반도체 제조공정이 불가결한 것으로 되어 있다. 최근 이온공학이라 불리는 이 분야에서 수백 KeV에서 수 MeV 출력의 오온가속기나 주입장치를 이용하여 실리콘에 국한되지 않고 금속, 세라믹, 유리, 플라스틱 등에 고속으로 이온을 박아 넣고, 그 표면을 개량하기도 하며 또는 새로운 기능을 가진 소재를 만드는 연구가 많이 이루어지고 있다.
이것은 고가인 이온가속기가 필요하다. 아직 일반화 되어 있다고는 말할 수 없지만 마음대로

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