캐나다 퀘벡 주 오카지역에서 산출되는 네오비움 페롭스카이트(일명 라트라파이트, $Ca_2NbFe^{3+}O_6$)에 대하여 화학분석과 분말 X선 회절 데이터를 이용한 리트벨트 구조분석을 실시하였다. 라트라파이트는 $CaTiO_3-NaNbO_3-Ca_2NbFe^{3+}O_6$의 연속계열 고용체의 성분을 가지며, 화학분석 결과 평균$(Ca_{1.5}Na_{0.4})\;(Nb_{0.1}Ti_{0.6}Fe_{0.4})O_6$ 리트벨트 구조분석 결과 라트라파이트의 구조는 페롭스카이트($CaTiO_3$)의 결정구조와 유사하지만, Ti 이온이 Nb와 $Fe^{3+}$에 의해 치환되면서 상당히 뒤틀리고, $TiO_6$팔면체가 페롭스카이트에 비해 서로 기울어져 있는 모습을 보여준다 새롭게 결정된 라트라파이트의 공간군은 Pbnm, 단위포는 a=5.4474(4), b=5.5264(4), c=7.7519(5) ${\AA},\;V=233.4(3){\AA}^3$이다.
캐나다 퀘벡 주 오카지역에서 산출되는 네오비움 페롭스카이트(일명 라트라파이트, $Ca_2NbFe^{3+}O_6$)에 대하여 화학분석과 분말 X선 회절 데이터를 이용한 리트벨트 구조분석을 실시하였다. 라트라파이트는 $CaTiO_3-NaNbO_3-Ca_2NbFe^{3+}O_6$의 연속계열 고용체의 성분을 가지며, 화학분석 결과 평균$(Ca_{1.5}Na_{0.4})\;(Nb_{0.1}Ti_{0.6}Fe_{0.4})O_6$ 리트벨트 구조분석 결과 라트라파이트의 구조는 페롭스카이트($CaTiO_3$)의 결정구조와 유사하지만, Ti 이온이 Nb와 $Fe^{3+}$에 의해 치환되면서 상당히 뒤틀리고, $TiO_6$ 팔면체가 페롭스카이트에 비해 서로 기울어져 있는 모습을 보여준다 새롭게 결정된 라트라파이트의 공간군은 Pbnm, 단위포는 a=5.4474(4), b=5.5264(4), c=7.7519(5) ${\AA},\;V=233.4(3){\AA}^3$이다.
Chemical analyses and Rietveld structural refinement with powder X-ray diffraction data were done for Nb-rich perovskite, named latrappite ($Ca_2NbFe^{3+}O_6$)from the Oka, Quebec, Canada. Latrappite is shown to be a member of a continuous solid solution of $CaTiO_3-NaNbO_3-Ca_2NbFe^...
Chemical analyses and Rietveld structural refinement with powder X-ray diffraction data were done for Nb-rich perovskite, named latrappite ($Ca_2NbFe^{3+}O_6$)from the Oka, Quebec, Canada. Latrappite is shown to be a member of a continuous solid solution of $CaTiO_3-NaNbO_3-Ca_2NbFe^{3+}O_6$ and approximately $(Ca_{1.5}Na_{0.4})\;(Nb_{0.1}Ti_{0.6}Fe_{0.4})O_6$ in composition. The crystal structure of latrappite, determined by Rietveld refinement, is similar to that of perovskite ($CaTiO_3$). It differs in that replacement of Ti by Nb and $Fe^{3+}$ results in greater distortion and tilting of the $TiO_6$ framework octahedra relative to $CaTiO_3$. Revised unit-cell parameters of latrappite are a=5.4474(4), b=5.5264(4), c=7.7519(5) ${\AA},\;V=233.4(3){\AA}^3$ space group Pbnm.
Chemical analyses and Rietveld structural refinement with powder X-ray diffraction data were done for Nb-rich perovskite, named latrappite ($Ca_2NbFe^{3+}O_6$)from the Oka, Quebec, Canada. Latrappite is shown to be a member of a continuous solid solution of $CaTiO_3-NaNbO_3-Ca_2NbFe^{3+}O_6$ and approximately $(Ca_{1.5}Na_{0.4})\;(Nb_{0.1}Ti_{0.6}Fe_{0.4})O_6$ in composition. The crystal structure of latrappite, determined by Rietveld refinement, is similar to that of perovskite ($CaTiO_3$). It differs in that replacement of Ti by Nb and $Fe^{3+}$ results in greater distortion and tilting of the $TiO_6$ framework octahedra relative to $CaTiO_3$. Revised unit-cell parameters of latrappite are a=5.4474(4), b=5.5264(4), c=7.7519(5) ${\AA},\;V=233.4(3){\AA}^3$ space group Pbnm.
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문제 정의
이번 연구에서는 오카탄산염암에서 산출되는 네오비움페롭스카이트를 대상으로 화학분석을 실시하고 분말 X선 회절 데이터를 이용한 리트벨트 구조 분석법을 실시하여 화학 조성상의 특성과 결정학적 구조를 규명하여 라트라파이트로 알려진 네오비움페롭스카이트의 광물학적 특성을 재조명하고자 한다. 또한 Nb 치환에 의한 층상형 페롭스카이트 구조의 존재 여부도 밝힐 예정이다.
제안 방법
2)로 서 나타내면, 다아사날 라이트는 CazNbFe’Of, 의 성분이 12 mol% 이하로 나타나며, 훨씬 CaTiO3 의 성분이 우세한 것을 알 수 있다. 이를 근거로 CazNbFe"。, , 의 단종 성분에 대해 라트라 파 이트라는 광물명의 유지를 제안하며, 다이사 날 라이트는 네오비움을 함유하는 페롭스카이트의 변종 명이 라는 점을 지적 한다.
, 2000)을 사용하여 29。이하 에서만 보정하였다. 기저선(background)은 5차 다 항식을 사용하여 계산하였다. 계산에 참여한 구조변수로는 단위포, 원자좌표, 양이온 자리점유율 그리고 전체 등 방성 변위 인자(overall B, Beq) 등이며, 실험 변수로는 스케일(scale)인 자, 6개의 기저선함수 계수, 회절선의 형태함수 및 비대칭도 인자, 그리고 편향성계수 등이다.
연구에 사용된 네오비움페롭스카이트들의 화학 조성을 구하기 위하여 전자현미분석(Cameca SX-50 electron microprobe)을 실시하였다. 분석 조건과 표준시료는 분석 원소의 종류에 따라 다르게 사용하였다.
이때 최대 강도는 11, 983 카운트(counts)였다. 편향성 효과(preferred orientation)나 입자 크기 효과(Young, 1996)를 최소화하기 위해 홀더를 분당 120회의 속도로 회전시키면서 회절 분석을 실시하였다. 시료에 대한 X선 회절 분석의 실험조건을 표 2에 정리하였다.
대상 데이터
네오비움페롭스카이트에 대한 리트벨트 구조계산은 공간군 Pbnm으로 초기 모델로 페롭스카이트(CaTiCb) (Buttner and Maslen, 1992) 단 결정구조 데이터를 사용하였다. 사용된 프로그램은 DBWS-9006PC (Sakthivel and Young, 1990)이다.
네오비움페롭스카이트에 대한 리트벨트 구조계산은 공간군 Pbnm으로 초기 모델로 페롭스카이트(CaTiCb) (Buttner and Maslen, 1992) 단 결정구조 데이터를 사용하였다. 사용된 프로그램은 DBWS-9006PC (Sakthivel and Young, 1990)이다. 계산에 사용된 피크함수는 Thomson- Cox-Hastings 변형된 Pseudo-Voigt (PV)함수 (Thomson et al.
이번 연구에 사용된 네오비움이 풍부한 페롭스카이트는 캐나다 퀘벡 주 오카(Oka) 탄산염 암 복합체에서 산출된 것으로 이전에 다이사 날 라이트(dysanalyte)와 크놉파이트(knopite)로 알려져 있었으나, Nickel과 McAdam (1963)에 의해 네오비안 페롭스카이트로 명명되었다가, 일반적인 페롭스카이트(CaTiQ)와는 달리 Nb 함량이 Ti 함량보다 많은 특징을 갖는 것을 일컬어 라트라파이트(latrappite)로 다시 명명되었다. 라트라파이트라는 광물명은 국제광물학협의회 산하 광물명 명 분과위원회(Inetemational Miner alogical Association, IMA, nomenclature com mittee)^]^ 승인 받았다.
5406 A)을 사용하였으며, 20〜 135°2。의 범위에서 0.05。주사간격과 20초의 주사시간으로 총 2, 301개의 회절선 자료를 수집하였다. 이때 최대 강도는 11, 983 카운트(counts)였다.
이론/모형
리트벨트 구조 분석(Rietveld, 1969)에 사용된 분말 X선 회절 분석은 고분해능 투과 X선회절 기 (High resolution transmitted X-ray diffracto meter) SIEMENS D5000 기종에 의해 이루어졌다. 시료는 자동 분쇄기를 이용하여 아세톤에 넣어 5 pm 이하의 크기로 분쇄하였으며, 직경 1 cm의 홀을 가진 플라스틱 원반형 홀더에프롤 레인(prolene) 필름을 부착하고 분말시료를 홀 내부에 헤어 스프레이(Clynol hair spray)로 점착하였다.
성능/효과
따라서 Ca, Nb, Fe3 및 Ti 이온들이 주성분임을 고려하여 네오비움페롭스카이트 또는 라 트라파이트는 일차적으로 CaTiO (perovskite), NaNbO3 (lueshite), CaNbFe"c)6의 세 성분을 단종으로 하는 3성분계의 고용체로 고려할 수 있을 것이다(Fig. 2). 표 1과 그림 2가 보여주듯이, 오카 지역 에서 산출되는 모든 네오비움페롭스 카이트는 CazNbFe'-Q, 의 성분을 상당히 함유하는 것을 뚜렷이 알 수 있다.
라트라파이트의 구조는 CaTiO3 페롭스카이트의 구조와 유사하지만, TiO6 팔면체에 Nb와 Fe” 이온이 Ti를 치환하면서 상당히 뒤틀리져, 페롭스카이트 기본 구조가 상당히 기울어지게 되었다. 다만 치환에 따른 층상형 페롭스카이트 구조가 관찰되지는 않았지만, 약하게나마 회절선에서 존재 가능성은 확인할 수 있었다.
다행이, 카이져스툴 산 다이사날 라이트의 조 성(Mitchell et aL, 1998)을 이번 연구에서 새롭게 제안된 3성분계 (CaTiOhNaNbOhCazNbFcA 。6)의 네오비안 페롭스카이트 고용체(Fig. 2)로 서 나타내면, 다아사날 라이트는 CazNbFe’Of, 의 성분이 12 mol% 이하로 나타나며, 훨씬 CaTiO3 의 성분이 우세한 것을 알 수 있다. 이를 근거로 CazNbFe"。, , 의 단종 성분에 대해 라트라 파 이트라는 광물명의 유지를 제안하며, 다이사 날 라이트는 네오비움을 함유하는 페롭스카이트의 변종 명이 라는 점을 지적 한다.
리트벨트 구조 계산 결과를 나타내는 R-지수 를 살펴보면(Table 2), 계산 후 이론적으로 예상되는 지수(expected R, Rexp)에 대한 실제가중 치 지수(weighted pattern R, Rwp) 값은 11.36%/ 6.16%이며, S (goodness of fitness) 값은 1.84, 그리고 Bragg R (RB)값은 4.41%를 보여준다. 이러한 지수들은 리트벨트 정밀화 계산이 잘 이루어진 것을 지시한다.
실제 Si, Mg, 그리고 S 성분이 분석되었는데, 이는 다른 광물이 불순물로 포함된 것을 의미한다. 이번 연구에서 관찰한 바로는 방해석, 녹니석, 자철석 및 클리노휴 마이트 등이 내포물로 함유된 것을 알 수 있었다. 이런 불순물이 있음에도 불구하고, 표 1에서 보여주는 네오비움 페롭스카이트 광물들은 Ca, Nb, Fe 및 Ti 성분이 우세한 것을 보여준다.
후속연구
이번 연구에서는 오카탄산염암에서 산출되는 네오비움페롭스카이트를 대상으로 화학분석을 실시하고 분말 X선 회절 데이터를 이용한 리트벨트 구조 분석법을 실시하여 화학 조성상의 특성과 결정학적 구조를 규명하여 라트라파이트로 알려진 네오비움페롭스카이트의 광물학적 특성을 재조명하고자 한다. 또한 Nb 치환에 의한 층상형 페롭스카이트 구조의 존재 여부도 밝힐 예정이다.
참고문헌 (29)
문용희, 최진범, 이병임(2001)합성 페롭스카이트형 (K $_2$ La $_1$ Ti $_n$ O $_2n+4$ ) 광물의 결정학 및 충상구조에 관한 연구, 한국광물학회지, 14, 73-84.
Berar, J.F. and Lelann, P. (1991) E.S.D's and estimated probable error obtained in Rietveld refinement with local correlations. Jour. Appli. Crystal., 24, 1-5.
Beran, A., Libowitzky, E., and Armbruster, T. (1997) A single-crystal, infrared spectroscopic and X-ray diffraction study of untwinned San Benito perovskite containing O-H groups. Can. Mineral.,32, 804-809.
Bowden, M.E., Jefferson, D.A., and Brown, I.W.M. (1995) Determination of layer structure in Sr $_1-x$ La $_x$ TiO $_3+0.5x$ (0
Buttner, R.H. and Maslen, E.N. (1992) Electron density and structural parameters in CaTiO $_3$ . Acta Crystal., B48, 644-649.
Chakhmouradian, A.R. (1996) On the development of niobium and rare-earth minerals in monticellitecalcite carbonatite of the Oka Complex, Quebec. Can. Mineral., 34, 479-484.
Chiba, K., Ishizawa, N., Nagai, Y., and Oishi, S. (1998) Structure of layered perovskite-type Na $_2$ Ca $_2$ Nb $_4$ O $_13$ single crystal. Solid State Ionics, 108, 179-183.
Deer, W.A., Howie, R.A., Zussman, J. (1992) The Rock-Forming Minerals. 2nd Ed., Longman Scientific & Technical, 556-557.
Dion, M., Ganne, M., and Tournoux, M. (1981) Nouvelles families de phases M $^I$ M $^II$ $_2$ Nb $_3$ O $_10$ a feuillets "perovskites", Mater. Res. Bull., 16, 1429-1435.
Drake, M.I. and Weill, R.H. (1972) New rare earth element standards for electron microprobe analysis. Chem. Geol., 10, 179-181.
Meigen, W. and Hugel, E. (1913) Uber die chemische Zusammensetzung des Dynanalyts von Vogtsburg im Kaiserstuhl. Z. Anorg. Chern., 82, 242-248.
Mitchell, R.H. (1996) Perovsktes: a revised classification for an important rare earth element host in alkaline rocks. In Rare Earth Minerals: Chemistry, Origin and Ore Deposits (Jones, A.O, Wall, F., and Williams, C.T. eds.). Chapman & Hall. London, 41-76.
Mitchell, R.H., Choi, J.B., Hawthorne, F.C., McCammon, C., and Bums, P.c. (1998) Latrappite: a re-investigation, Can. Mineral., 36, 107-116.
Meyer, G.M., Nelmes, R.I., and Hutton, J. (1978) High-resolution studies of anharmonic motion associated with the structural phase transition in SrTiO $_3$ . Ferroelectrics, 21, 461-462.
Nickel, E.H. (1964) Latrappite - a proposed new name for the perovskite-type calcium niobate mineral from the Oka area of Quebec. Can. Mineral., 8, 121-122.
Nickel, E.H. and McAdam, R.C. (1963) Niobian perovskite from the Oka, Quebec, a new classification for minerals of the perovskite group. Can. Mineral., 7, 683-697.
Rietveld, H.M. (1969) A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Jour. Appl. Cryst., 2, 65-71.
Ross, N.L. and Hazen, R.M. (1990) High-pressure crystal chemistry of MgSiO $_3$ perovskite. Phys. Chem. Miner., 17, 228-237.
Ruddlesden, S.N. and Popper, P. (1957) New compounds of the K $_2$ NiF $_4$ type. Acta Crystal., 10, 538-539.
Sakthivel, A. and Young, R.A. (1990) User's Guide to Programs DBWS-9006 and DBWS-9006PC for Rietveld Analysis of X-ray and Neutron Powder Diffraction Patterns. School of Physics, Georgia Inst. Tech., Atlanta, Georgia.
Scheunemann, K. and Muller-Buschbaum, H.K. (1974) Zur Kristallstructur von Ca $_2$ Nb $_2$ O $_7$ . Jour. Inorg. Nucl. Chem., 36, 1965-1970.
Thomson, P., Cox, D.E., and Hastings, J.B. (1987) Rietveld refinement of Debye-Scherrer synchrotron X-ray data from Al $_2$ O $_3$ . Jour. Appl. Cryst., 20, 79-83.
Tikhonenkov, J.P. and Kazakova, M.E. (1957) Nioboloparite, a new mineral of the perovskite group. Zap. Vses. Mineral. Obshchest, 86, 641-644.
Toda, K., Watanabe, J., and Sato, M. (1996a) Synthesis and ionic conductivity of new layered peorvskite compound, Ag $_2$ La $_2$ Ti $_3$ O $_10$ . Solid State lonics, 90,15-19.
Toda, K., Watanabe, J., and Sato, M. (1996b) Crystal structure determination of ion-exchangeable layered perovskite compounds, K $_2$ La $_2$ Ti $_31$ O $_13$ and Li $_2$ La $_2$ Ti $_3$ O $_10$ O. Mater. Res. Bull., 31, 1427-1435.
Toda, K., Teranishi, T., Ye, Z.G., Sato, M., and Hinatsu, Y. (1998) Structural chemistry of new ion-exchangeable tantalates with layered perovskite structure: new Dion-Jacobson phase MCa $_2$ Ta $_3$ O $_10$ (Malkali metal) and Ruddlesden-Poper phase Na $_2$ Ca $_2$ Ta $_3$ O $_10$ . Mate. Res. Bull., 34, 971-982.
Van Wambeke, L. (1980) Latrappite and ceriopyrochlore, new minerals for the Federal Republic of Germany. Neus Jahrb. Mineral. Monatsh., 171-174.
Young, R.A., Sakthivel, A., Moss, T.e., and Paiva-Santos C.O. (2000) User's Guide to Program DBWS-9807a for Rietveld analysis of X-ray and neutron powder diffraction patterns. School of Physics, Georg, Inst. Tech., Atlanta, Georgia, 598.
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