초록 ▼

지구핵의 밀도는 철이 지구핵의 온도-압력 조건하에서의 밀도보다 약 6∼10% 정도 낮은데, 이는 지구핵의 구성 성분이 철 이외에, 원자량이 철보다 낮은가벼운 원소와 화합물로 이루어져 있음을 뜻한다. 철과 용융되어 있을 원소로 그 가능성이 제고된 원소 중의 하나는 수소이다. 1 wt%의 수소는 상기한 조건을 만족시킬 수 있으며, 운석의 분석 결과 지구생성 시수분(H2O)의 존재 가능성이 고려되어야 하므로, 수분이분해될 만큼 높은 고압에서 수소의 지구핵 내 존재 가능성은 높다. 따라서, 철수화물 이외의 금속수화물

지구핵의 밀도는 철이 지구핵의 온도-압력 조건하에서의 밀도보다 약 6∼10% 정도 낮은데, 이는 지구핵의 구성 성분이 철 이외에, 원자량이 철보다 낮은가벼운 원소와 화합물로 이루어져 있음을 뜻한다. 철과 용융되어 있을 원소로 그 가능성이 제고된 원소 중의 하나는 수소이다. 1 wt%의 수소는 상기한 조건을 만족시킬 수 있으며, 운석의 분석 결과 지구생성 시수분(H2O)의 존재 가능성이 고려되어야 하므로, 수분이분해될 만큼 높은 고압에서 수소의 지구핵 내 존재 가능성은 높다. 따라서, 철수화물 이외의 금속수화물에 대한 고압실험을 체계적으로 시행하여 금속에 대한 수소의 용해도를 이해할 필요성이 있다. 수소의 저장 방법으로 부피를 감소시키기 위해 액상보다 고상으로저장할 수 있다면 이는 경제적이다. 금속수화물이 수소를 저장할 수 있는 물질 중 가장효과적인 수단으로 인식되어 왔으며, 이에 따라 여러 금속수화물에 대한 물리적, 화학적인성질 및 결정구조에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 이들에 대한 연구조건은 거의 상온-상압의 제한된 조건에서 시행되어 왔다. 따라서 금속수화물 전반에 걸쳐 고온-고압의조건에서 결정구조에 대한 연구는 매우 미미한 상태이다. 따라서 고온-고압상태에서 압력에 따른 ZrH2의 단위부피 변화 자료 및 상변이 데이타는 금속수화물 전반에 걸친 기초자료로써 그 중요성이 크다고 하겠다.금속수화물에 대한 수소의 용해도와 관련하여, 압력의 영향에 대한 연구는 지속적이지만 결과는 만족할 만한 것은 아니다. 철에 대한 수소 이온의 용해도가 매우 낮기 때문에이와 결정구조면에서 유사한 금속수화물(즉 VH0.5와 NbH0.75)에 대한 고압실험이 시행되었으며, 또한 본인에 의해 TiH2에 대한 압력에 대한 특성화 연구가 수행되었다. 이 결과,TiH2는 Ti의 이온반경이 다른 천이원소보다 작아 수소와 화합하여 단위부피당 수소를 보다많이 함유할 수 있는 새로운 구조로 낮은 압력의 범위에서 상변이함이 밝혀졌다. 이와같은 연구확장의 일환으로 ZrH2에 대한 압력에 따른 결정구조의 압축성에 대한 연구가 필요하다. 연구의 첫째 목적은 금속수화물이 지구외핵의 구성물질로써 존재 가능성이 높이 제시되고 있고, 수소가 교통기관의 주 에너지원인 석유의 대체 물질로써 가능성이 매우 높은데 있다. 저코니움 수화물을 이용하여 이 격자구조 내에서 압력에 따른 수소이온의 행동을 실험을 통해 밝히고 이를 이미 발표된 철수화물 및 타이태늄 수화물의 실험 결과와 비교하므로써 압력에 따른 결정구조의 단위포 부피의 변화를 알 수 있을 것이다. 또한 ZrH2단위포당 수소의 점유도가 압력의 영향에 따라 변하는 정도를 Zr의 압축율과 비교하므로써수소가 수화물의 격자 내에서 압력에 대한 대응도를 밝히는데 있다. 두번째, 수소를 에너지화 하는데 가장 큰 문제점으로 대두되고 있는 것은 수소의 효율적인 저장 방법이다. 이러한 시도의 일환으로 수소를 고체상태의 격자구조에 포유시키는 방법이 고안되었으며, 이러한 방법중 금속수화물이 단위부피당 수소의 함유율이 높음이 알려졌다. 따라서 천이금속수화물에 대한 물리적 및 화학적 성질, 그리고 열역학적인 정보가 상온-상압에서는 물론고온-고압하에서도 요구된다.금속수화물 중 ZrH2에 대한 고압하에서의 연구를 통해, 수화물의 단위부피가 압력에의해 변화하는 압축성에 대한 지식을 얻으므로써 이미 연구된 TiH2와 비교하여 천이원소계열의 수화물에 대한 체계적인 거동에 대한 인식의 폭을 넓히며, 또한 이를 철수화물의 연구결과와 비교하므로써 수소-금속-압력 관계를 폭넓게 이해하는데 유용하리라 기대된다.수소원소의 지구핵 존재물질로써의 가능성과 철이외의 다른 금속원소에 대한 수소와의 결합상태 및 압력에 따른 구조의 변화 등을 체계적으로 이해하므로써, 지구핵을 보다 구체적으로 해석하는데 도움이 될 것이다. 압력이 ZrH2 격자구조에 미치는 연구를 하므로써 ZrH2의 상태방정식을 완성하고 이를 토대로?의폭을 넓히리라 기대된다.

Abstract ▼

Earth Core consists of iron mainly with lighter elements andits density is less than pure iron at earth's core high pressure-temperature(P-T)conditions by 6∼10%. One of the possible candiate as light elements is hydrogen.The 1wt% of hydrogen would explain the earth's core physical-che

Earth Core consists of iron mainly with lighter elements andits density is less than pure iron at earth's core high pressure-temperature(P-T)conditions by 6∼10%. One of the possible candiate as light elements is hydrogen.The 1wt% of hydrogen would explain the earth's core physical-chemical characteristics.The possible existence of hydrogen at core could be elevated by the facts of waterdissociations when earth itself was accreted from the meteorite analysis. In addition tothe iron hydride, it would be valuable to extend studies on other metal hydrides forunderstanding the hydrogen solubility at earth's core physical conditions. The reasonto study hydrides is that hydrogen transforms into metal phase at ultra high pressures.Storage of hydrogen in transition metals has been recommended for its efficiency aswell as its easy recovery into gas again, most of these kind of studies has been carriedout at ambient conditions. It would be necessary for metal hydrides to study on theirequation(s) of state and phase transition(s) at the elevated physical conditions. ZrH2was selected for this reason at present time.Research of pressure effects on hydrogen into metals have been performed on lotsof hydrides, however, the results turn out to be less satisfied than expected. Becauseof low solubility of hydrogen in iron, its structural analogs such as VH0.5 and NbH0.75were subjected to study at high P-T conditions. TiH2 were done by author and itsresult say TiH2 transforms into high P-T phase with more hydrogen per unitvolume.ZrH2 could be next. The first purpose of this study is that how pressureeffect is on the lattice structure of ZrH2 and the results of this experiment would becompared with those of TiH2 and other hydrides. Furthermore, comparison with pureZr metal's behavior would tell us the hydrogen's role in the hydride lattice structure.The second is that which way is the best to store the hydrogen for replacement thefossil oil(kerosen). When you use hydrogen in liquid state, it is easy to recover togas, but occupancy of liquid is vast in volume, so it would be far from economic.Hydrogen in unit volume increase according to the crystal lattice structure. Therefore,it is needed for the efficient structure to search at ambient conditions as well as highP-T conditions.It is expected for transition metal hydrides to expand our knowledge on theircompressibilities, phase relationship and physio-chemical properties. The relationshipsof hydrogen, metal and the applied pressure would be clearer with the additional studieson ZrH2 following TiH2. It is worthwhile acquiring some basic data on ZrH2 relatedwith iron hydride for understanding the earth's core. One more anticipation is that thepresent work would complete the equation of state on ZrH2 at room temperature as wellas find out more efficient crystal lattice(s) for more hydroge storage per unit cell atelevated physical conditions.

목차 Contents

• 목 차 ... 6
• 본문 ... 7
• 1) 서 론 ... 7
• 1. 연구배경 ... 7
• 2. 연구의 목적 및 기대효과 ... 8
• 2) 연구방법 ... 9
• 3) 결과 및 고찰 ... 10
• a) 상온-고압실험 결과 및 고찰 ... 10
• b) 고온-고압실험 결과 및 고찰 ... 11
• 4) 결 론 ... 12
• 5) 인용문헌 ... 12
• 기타 ... 15
• 1) 연구수행관련 논문발표 목록서 ... 15
• 2) 자체평가서 ... 16
• 3) 별첨 (결정축, c/a 및 부피 압축 데이터) ... 19