초록 ▼

자철광(Fe3O4)은 천연 자성물질로서 고대로 부터 인류의 관심의대상이 되어왔다. 현대 사회에서도 많은 응용성을 가지는 자철광은 첨가된 금속 불순물의존재에는 물론이고, 철과 산소와의 비의 변화에 따라서도 물리 화학적 특성이 크게 의존된다. 특히 저온에서의 상전이 특성인 Verwey전이는 불순물 및 철/산소의 비에 민감하게의존하여 전이가 일어나는 온도의 이동뿐만 아니라, 전이의 형태까지도 일차전이에서 이차전이로 바뀌게된다. 따라서 자철광의 철/산소의 비를 조절하는 것은 기본 물성 파악에 중요한 일이다.자철광은 발전소

자철광(Fe3O4)은 천연 자성물질로서 고대로 부터 인류의 관심의대상이 되어왔다. 현대 사회에서도 많은 응용성을 가지는 자철광은 첨가된 금속 불순물의존재에는 물론이고, 철과 산소와의 비의 변화에 따라서도 물리 화학적 특성이 크게 의존된다. 특히 저온에서의 상전이 특성인 Verwey전이는 불순물 및 철/산소의 비에 민감하게의존하여 전이가 일어나는 온도의 이동뿐만 아니라, 전이의 형태까지도 일차전이에서 이차전이로 바뀌게된다. 따라서 자철광의 철/산소의 비를 조절하는 것은 기본 물성 파악에 중요한 일이다.자철광은 발전소, 화학공장 등의 대형 냉각관내에 생성되는 스케일의 성분중의 하나여서 이의 제거와 관련된 많은 전기화학적인 연구가 수행되고 있으나, 전기화학적으로 산화 -화원 처리된 자철광 자체의 물성에 대한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 자철광에서 철의 산화상태는 +2, 와 +3을 가지는데, 전기화학적인 처리는 철 이온의 농도 비를 변화시키게된다. 그러므로 본 연구에서는 합성 자철광 시료들을 전기화학적인 방법으로 변형시키고 이에 따른 특성의 변화를 보고자 하였다. 일차 년도에는 시료들의 열기전력을 측정할수 있는 장치를 제작하였고, 전기화학적으로 변형된 단결정 시료들의 저항, 열기전력, 비열등의 특성을 측정하여 자철광의 저온전이 전후에서의 거동을 조사하였다. 전이온도 이하에서의 전기전도 특성이 전기화학적으로 뚜렷이 변형됨을 확인 할 수 있었다. 이차 년도에서는 분광학적인 방법으로 전기화학반응에 의해서 α-Fe2O3 및 α-FeOOH가 시료 표면에 생성됨을 확인하였다. 또한 시료를 좀 더 효과적으로 변형을 시키기 위하여 분말형 자철광 시료를 압축하여 알약 형태로 만들고 이들을 전기화학적으로 변형한 시료들의 물성을연구하여 단결정 시료들의 경우와 유사한 실험 결과를 얻었다. 자철광 시료 전체의 철/산소 비는 전기화학적으로 변형되지 않았고, 시료의 표면만이 변형되었음을 분광학적으로 확인할 수 있었다. 이외에도 자철광의 철/산소 비를 금속 불순물의 주입으로 변화시킨 자철광 계의 전이 특성은 격자의 단단함의 차이가 주 요인임을 비열 측정으로 밝혔다.전기화학적인 처리는 자철광의 표면만을 선택적으로 변형시키므로 화학센서 재료 개발에 응용될 수 있고, 전기화학적인 처리에 따라 생성된 표면의 절연성 물질은 변압기 코아물질의 효율을 감소시키는 와전류를 줄이는 작용을 할 것이므로 새로운 형태의 변압기 코아물질의 개발에 적용될 수 있다고 판단된다.

Abstract ▼

Magnetite(Fe3O4) has been recognized as an importantmagnetic substance since antiquity. Physical and chemical properties of Fe3O4 dependgreatly on its Fe2+/Fe3+ ratio. Especially, low temperature phase transition (Verweytransition) of Fe3/Fe4 can be changed from first-order to second-or

Magnetite(Fe3O4) has been recognized as an importantmagnetic substance since antiquity. Physical and chemical properties of Fe3O4 dependgreatly on its Fe2+/Fe3+ ratio. Especially, low temperature phase transition (Verweytransition) of Fe3/Fe4 can be changed from first-order to second-order transition andshifted to the lower temperature by variation of Fe2+/Fe3+ ratio.Since magnetite is one of the scale materials in the cooling line of power plantsand chemical plants, lots of the electrochemical studies has been focused not on theproperties of electrochemically modified magnetite, but on cleaning the cooling lines.The oxidation states of iron in magnetite are +2 and +3. Electrochemical process canalter the Fe2+/Fe3+ ratio in magnetite. Therefore, this work was carried outelectrochemical modification of magnetite and investigated the characteristics ofelectrochemically modified Fe3O4. During the first year, we built an instrument for theSeebeck coefficient measurement and measured resistivity, specific heat, Seebeckcoefficient of electrochemically modified magnetites. It was confirmed that theelectrical conduction properties of magnetite were clearly changed by electrochemicalprocess. During the second year, spectroscopic methods was applied in order toanalyze the surface of the electrochemically modified magnetite, and its results providedsupplementary evidences for explanation of electrochemical reactions taken place on thesurface. For more effective electrochemical alteration of magnetite, magnetite powderwas pressed into a pellet. The electrochemical alteration of a magnetite pellet and itsphysical properties were also investigated. It showed similar results to those of singlecrystal. We also found that the Fe2+/Fe3+ ratio on the surface was sensitive toelectrochemical alteration. Besides the above mentioned, it was found by measurementsof specific heat that Verwey transition of magnetite, to which impurities was added sothat the Fe2+/Fe3+ ratio was changed, depends on the rigidness of the lattice.This technique could be applied to develop new materials for chemical sensor andtransformer core Because the highly resistive surface which was formed byelectrochemical modification would have good sensitivity to the flammable gas, and couldreduce the eddy current.

목차 Contents

• I. 서론...10
• II. 전기화학적으로 처리된 단결정형 자철광...11
• 1. 연구방법 및 이론...11
• 2. 결과 및 고찰...13
• 3. 결론...20
• III. 전기화학적으로 처리된 pellet형 자철광 시료...22
• 1. 연구방법 및 이론...22
• 2. 결과 및 고찰...22
• 3. 결론...24
• IV. 참고문헌...26
• 연구수행관련 논문발표 목록서...44
• 자체평가서...45