• 광물과 암석
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• 제33권1호
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• pp.1-10
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• 2020

고압 환경에서 규산염 용융체의 원자 구조에 대한 정보는 지구 내부 마그마의 열전도율이나 주변 암석과의 원소 분배계수와 같은 이동 물성을 이해하는 단서를 제공한다. 규소의 전자 구조는 규산염 다면체 주변의 산소 원자 분포와 연관성을 가질 것으로 예상되나, 이 사이의 상관관계가 명확하게 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 SiO₂의 고밀도화에 따른 규소의 전자 구조 변화의 미시적인 기원을 규명하기 위해 SiO₂ 동질이상의 규소 부분 상태 밀도와 L₃-edge X-선 흡수분광분석(X-ray absorption spectroscopy; XAS) 스펙트럼을 계산하였다. 규소의 전도 띠 영역에서 전자 구조는 결정 구조에 따라서 변화하였다. 특히 d-오비탈은 108, 130 eV 영역에서 배위 환경에 따른 뚜렷한 차이를 보였다. 계산된 XAS 스펙트럼은 규소 전도 띠의 s,d-오비탈에서 기인하는 피크를 보였으며, 결정 구조에 따라 s,d-오비탈과 유사한 양상으로 변화했다. 계산된 석영의 XAS 스펙트럼은 SiO₂ 유리의 XR S 실험 결과와 유사하였으며 규소 주변 원자 환경이 비슷하기 때문으로 생각된다. XAS 스펙트럼을 수치화한 무게 중심 값은 Si-O 결합 거리와 밀접한 상관관계를 가지며 이로 인하여 고밀도화 과정에서 체계적으로 변화한다. 본 연구의 결과는 Si-O 결합 거리에 민감한 규소 L_2,3-edge XRS가 규산염 유리 및 용융체의 고밀도화 기작을 규명하는 과정에서 유용하게 적용될 수 있음을 지시한다.

• 한국광물학회지
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• 제31권1호
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• pp.13-22
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• 2018

알루미늄 규산염($Al_2SiO_5$) 광물은 온도와 압력 환경에 따라 남정석, 홍주석, 규선석으로 상전이가 일어나는 동질이상(polymorph)으로 변성암의 변성정도를 유추하는 데 사용되는 중요한 광물이다. 이번 연구에서는 고전분자동력학 시뮬레이션(classical molecular dynamic simulations)과 양자역학 계산방법인 밀도범함수이론(density functional theory)을 이용하여 압력에 따른 알루미늄 규산염 광물의 결정구조와 엔탈피를 계산하고, 상대적인 안정성을 평가하였다. 격자상수 계산결과, 분자동력학과 밀도범함수이론 계산 모두 압력에 따라 부피가 줄어드는 기존의 실험결과와 동일한 경향을 보였다. 특히, 밀도범함수이론으로 얻어진 격자상수는 실험과 약 1% 이내의 오차로 매우 정확한 결과를 보였다. 그러나 엔탈피 계산 결과, 분자동력학에서는 압력에 따른 엔탈피의 변화가 거의 없어 광물 간 안정성이 역전되는 상전이 압력을 구할 수 없었다. 밀도범함수이론 계산 결과는 실험과 동일한 경향을 보여주었지만, 전자의 교환-상관 관계를 나타내는 범함수에 따라 상전이 압력이 크게 다른 결과를 보여주었다. 밀도범함수이론 계산 결과는 결정구조와 엔탈피에 대해서 모두 높은 수준의 정확도를 보여주지만, 동질이상의 상도표 작성에는 정량적으로 큰 오차를 보여주었다.

• 자원리싸이클링
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• 제5권4호
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• pp.32-41
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• 1996

본 연구는 $CaCl_2$ $-Na_2$ $CO_3$ $-H_2$O 반응계의 생성물인 침강성탄산칼슘의 성상에 영향을 주는 인자들을 조사할 목적으로 수행되었으며, 탄산칼슘 동질이상의 생성수율, 입도, 백색도 등에 미치는 반응 용액 농도의 영향, 불순물의 영향, pH의 영향, 종결정의 영향, 반응용액 적하속도의 영향등을 검토하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 주요 실험결과들은 아래와 같다. 1. 반응염의 농도가 크거나 그 적하속도가 빠를수록 반응생성물중 불안정한 aragonite과 vaterite의 생성수율이 증가하며 생성물의 입도는 미세해지는 경향을 보였다. 본 연구의 실험조건에서는 반응농도가 0.1~1.0mol/ι일 때 aragonite와 vaterite의 생성수율이 각각 80~90%, 75~82%로 가장 높았다. 2. 국내에서 산출되는 석회석 중에 주로 존재하는 6종의 불순성분($Fe_2$$O_3$, $Al_2$$O_3$, MgO, $SiO_2$, $Na_2$O, $K_2$O)을 구성하는 양이온을 반응용액속에 이온상태($SiO_2$는 500mesh 이하의 고체상태)로 첨가할 경우 Fe\ulcorner의 첨가량이 많을수록 생성물의 백색도가 저하하고 ${Fe^{3+}}/{CaCO_3}$몰분율이 0%일 경우 백색도 99.8에서 ${Fe^{3+}}/{CaCO_3}$몰분율이 10%일 경우 백색도 29.8), Mg\ulcorner의 첨가량이 많을수록 aragonite의 생성수율을 증가시키는 경향을 나타내었다. 3. pH 8~11 영역에서는 aragonite과 vaterite의 생성수율이 높고 pH 6~8과 11~13 영역에서는 calcite의 생성수율이 높았으나 pH 6~8에서 생성되는 calcite는 크기가 $1mu extrm{m}$이상인 조립의 능면체였으며 pH 11~13에서 생성되는 calcite는 미립의 능면체였다. 4. 종결정으로 calcite, aragonite, vaterite을 각각 생성 $CaCO_3$에 대한 중량백분율로 0~10% 첨가할 경우 calcite과 aragonite 종결정은 자신의 결정구조와 같은 $CaCO_3$동질이상의 생성수율을 증가시키나, vaterite은 불안정하여 종결정으로서의 역할을 하지 못하였다. 본 연구의 실험 조건중 $47^{\circ}C$에서 calcite Seed를 첨가하지 않을 경우 calcite의 생성수율은 50% 정도이나 calcite Seed를 6%이상 첨가하면 calcite의 생성수율이 거의 100%에 가깝게 증가하며, 동일조건에서 aragonite Seed를 첨가할 경우는 무첨가시 약 50%였던 aragonite의 생성수율이 2%이상 첨가하면 85%이상으로 증가하였다.

• 한국광물학회지
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• 제23권4호
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• pp.403-411
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• 2010

지구물질의 거시적 성질로부터 지구시스템 진화의 실마리를 찾을 수 있으며, 이런 거시적인 물성은 지구물질의 원자구조에 의하여 결정되기 때문에 지구물질의 원자구조(즉, 전자구조)를 파악하는 것은 지구시스템의 현상의 이해에 매우 중요하다. 지구내부의 잘 알려지지 않은 물질들의 원자구조를 규명하기 위하여 최근에는 범밀도함수 이론에 기반한 양자계산이 이용되고 있다. 본 연구에서는 온-포텐셜 선형화 보충 평면파가 이용된 양자계산을 통해 저온석영과 스티쇼바이트에 대한 산소원자 K-전자껍질 에너지-손실 흡수끝-부근 구조(energy-loss near-edge structure; ELNES) 스펙트럼과 각 전자 오비탈에 대한 국소상태밀도(partial local density of states; PLDOS)를 계산하였다. 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼은 저온석영과 스티쇼바이트의 결정구조에 따라서, 저온석영에서는 ~538 eV에서 세기가 강한 피크가 나타나고 스티쇼바이트에서는 ~537과 ~543 eV에 강한 피크가 나타난다. 이와 같은 결정구조에 따른 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼의 차이는 지구내부 다양한 결정질과 비결정질 규산염 물질의 산소원자 주변의 환경을 파악하는 중요한 지표로 이용될 수 있다.

• 암석학회지
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• 제11권1호
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• pp.17-28
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• 2002

제주도 남동부 태흥리 용암류에 대한 암석학적, 지구화학적 특징에 대해 고찰하였다. 본 역의 용암류는 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암으로 구분된다. 하층부에는 4매 이상의 쏠리아이트 현무암이 나타나고, 그 위를 2매의 알칼리 현무암이 덮고 있다. 쏠리아이트 현무암은 알칼리 현무암에 비해, 동일한 MgO 조성에서 $K_2O$, $P_2O_{5}$, Ba과 Ta은 낮은 값을 가지고, $SiO_2$와 CaO는 높은 값을 가진다. 미량원소의 조성 특징을 원시맨틀 값으로 규정화한 거미 성분도에서 모든 현무암질 마그마의 Ba과 Rb은 원시맨틀에 비하여 부화되어 있고, Ni 과 Cr은 결핍되어 있다. 희토류 원소를 콘드라이트 값으로 표준화했을 때 LREE가 HREE에 비해 더 부화된 패턴을 가진다. 변화 패턴은 나란한 변화를 보이며, 알칼리 현무암이 쏠리아이트 현무암보다 더 부화된 경향을 보인다. 조구적 위치 판별도에서 본 역의 용암류는 지판 내부 현무암 영역에 도시된다. 쏠리아이트 현무암의 Zr/Nb, Y/Nb, $Al_2O_3$/$P_2O_{5}$ 비는 알칼리 현무암에 비해 크며, K/Ba비는 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암간에 거의 차이가 없이 일정한 값을 나타낸다. 본 연구지역의 화산암류에 대한 일련의 지화학적 특징은 알칼리 현무암과 쏠리아이트 현무암의 모마그마가 동질의 맨틀 근원암으로부터 부분용융 정도의 차이에 의해 생성되었음을 지시하며, 쏠리아이트 현무암이 알칼리 현무암보다 더 큰 정도의 부분용융으로 형성되었음을 의미한다.