안녕하세요, 송송입니다. 이번 포스팅에서는 39번 이트륨부터 41번 나이오븀까지 함께 알아가보겠습니다.
이번엔 4개가 아니라 왜 3개냐구요? 아마 양이 많을 것으로 예상됩니다.. 그럼 바로 알아보죠
39. 이트륨 (Y, Yttrium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 39 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 88.90584 |
| 녹는점 | 1522 ℃ |
| 끓는점 | 3338 ℃ |
| 밀도 | 4.47 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | Y2O3(산화이트륨, 이트리아), YF3(불화이트륨), YOF(옥시불화이트륨) 등 |
| 동위 원소 | 89Y(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 스웨덴 마을 "이테르비(Ytterby)"
이트륨(Y)은 우리가 잘 알고 있는 희토류계 원소 중 하나입니다. 희토류란 광물 형태로는 희귀한 원소를 뜻하고 있죠. 이트륨(Y)은 무르고 은백색 광택과 높은 결정성을 가지는 금속입니다. 신기한 점으로는 결정 상태로는 은색을 띠고 있지만, 분말(Powder)로 제조하게 되면 검은색을 띠는 전이 금속입니다. 공기 중에서는 쉽게 산화하고, 끓는 물에 녹아 수산화물을 형성합니다. 뿐만 아니라, 알칼리에는 녹지 않으나 산에는 잘 녹는 특성을 갖고 잇습니다.
이트륨의 경우는 반도체/디스플레이 분야에서 상당한 영향력을 뽐내고 있습니다. 현재, 반도체 산업은 나노스케일에 접어들면서 선폭의 미세화, 고집적화에 대한 경쟁이 치열한 상태이죠. 현재 이러한 목적을 위해 사용되는 것은 제 4의 물질인 플라즈마(Plasma)라는 것인데요, 플라즈마를 이용한 식각, 증착 공정이 이루어지고 있습니다. 이때, Y2O3(이트리아)나 YF3, YOF 등이 내플라즈마 소재로 각광받고 있죠. 다만, 앞서 말씀드린 대로, 이트리아는 희토류계 원소이므로 매우 고가의 물질입니다. 더군다나, 현재 이트륨은 국내에서 생산이 불가능하기에 전량 수입에 의존하고 있어 더욱 문제가 되고 있습니다.
자세한 설명은 전 포스팅을 참고해주세요!
내플라즈마성 소재 간단히 알아보기
안녕하세요, 송송입니다. 저번 시간에는 내플라즈마성 코팅 방법에 대해 간단히 알아보았습니다. 물론, 제가 소개해드린 방법 외에도 다양한 방법들이 있겠지만서도 우리가 대표적으로 알아두
ssongsong23.tistory.com
이러한 내플라즈마성 소재들은 다양한 방법으로 반도체 장비 부품에 적용되고 있는데요, 이에 대한 것도 아래 포스팅을 참고 바랍니다.
2023.07.25 반도체 식각 공정용 내플라즈마 코팅은 무엇인가?
반도체 식각 공정용 내플라즈마 코팅은 무엇인가?
안녕하세요, 송송입니다. 최근 반도체 소자가 나노 스케일에 진입하게 되면서 발생하는 오염입자가 수율에 큰 영향을 미치게 된다고 말씀드렸습니다. 따라서 이런 오염입자를 컨트롤 하는 것이
ssongsong23.tistory.com
40. 지르코늄 (Zr, Zirconium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 40 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 91.224 |
| 녹는점 | 1852 ℃ |
| 끓는점 | 4377 ℃ |
| 밀도 | 6.506 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | ZrSiO4, ZrO2 |
| 동위 원소 | 90Zr(51.45%), 91Zr(11.22%), 92Zr(17.15%), 94Zr(17.38%), 96Zr(2.80%) |
- 원소 이름의 유래 : 아라비아어 "보석의 금색, 지르콘(Zargun)"
지르코늄(Zr)은 광택이 있는 회백색을 띠고 있으며, 연성과 전성이 뛰어난 무른 금속입니다. 불순물이 첨가되면 매우 단단해지고 취성이 강한 물질이 되죠. 천연금속 중에서도 중성자를 흡수하는 정도가 가장 낮고 내열성과 내부식성이 매우 우수한 전이 금속입니다.
지르코늄(Zr) 금속은 매우 다양한 산업 분야에 적용되고 있습니다.
1) 우주항공 분야
내열성이 우수하여 우주선 선체 및 내열제로 사용되고 있습니다. 우주선의 외벽의 경우 지구 대기권을 지날 때, 공기와의 마찰로 인해 고온의 환경에 노출됩니다.
2) 원자력 분야
중성자를 흡수하는 정도가 가장 낮을 뿐만 아니라, 내열 및 내부식성이 우수하기 때문에 원자로의 핵연료 피복재, 구조물의 재료(중수로 압력관)로 널리 사용되고 있습니다. 특히나 지르코늄 합금인 지르칼로이(Zirzaloy)라는 물질은 주석과 나이오븀 등을 첨가한 것으로, 물속에서 부식이 강하기 떄문에 연료봉에 적용되고 있죠, 이렇게 되면 우라늄이 물과 접촉하지 않고 핵분열반응을 일으킬 수 있게 됩니다.
5) 생체 분야
인체조직과의 적합성이 좋아 인공 고관절, 무릎관절, 체내 이식장치, 수술용 도구 등으로도 사용되고 있습니다.
지르코니아 금속만으로도 적용되는 분야가 매우 다양한데요, 지르코늄 화합물도 못지 않게 다양한 분야에 적용되고 있습니다.
1) 지르코니아(ZrO2)
매우 단단한 결정체로 모스경도가 약 8 ~ 8.5 정도입니다. 굴절율이 약 2.15 ~ 2.18로 다양한 색을 가지고 있어, 무색투명한 지르코니아의 표면을 잘 연마하면 보석의 일종인 다이아몬드처럼 보여 합성 큐빅으로 서용되고 있습니다. 지르코니아는 내열성 및 내부식성이 우수해 도가니(Crucible), 야금로 등에 사용되고, 제트엔진, 가스터빈과 같은 고온 부품의 세라믹 부품에도 적용되지고 있습니다.
2) 규산 지르코늄(ZrSiO4)
물, 산, 알칼리 등에 녹지 않으며, 보통은 무색을 띠나 불순물이 포함된 원소에 따라 붉은색, 노랑색, 갈색 등 다양한 색을 띤다. 지르콘은 열이 잘 전달되지 않아 매끄러운 표면을 갖는 금속 주물의 몰드나 알칼리에 내부식성이 요구되는 내화물 등에 사용되고 있습니다.
41. 나이오븀 (Nb, Niobium)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 41 |
| 원자가 전자 수 | - |
| 원자량 | 92.90637 |
| 녹는점 | 2468 ℃ |
| 끓는점 | 4742 ℃ |
| 밀도 | 8.57 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 금속 - 고체 |
| 주요 화합물 | - |
| 동위 원소 | 93Nb(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스 신화에 나오는 왕 탄탈로스의 딸 "니오베(Niobe)"
나이오븀은 회색의 금속광택을 가지고 있으며, 실온에서 공기에 장시간 노출되면 산화물 피막이 형성되어 푸른색을 띱니다. 아주 순수한 상태에서는 무르고 연성이 있으나, 불순물이 들어가면 단단해지고 부서지기 쉬워지죠. 나이오븀은 상자기성을 띠며, 저온에서 초전도체가 됩니다. 대기압에서의 순수한 금속 나이오븀의 초전도 임계온도는 9.2 K으로, 원소 중에서는 가장 높습니다. 이를 이용하여 우리가 병원에서 사용하는 MRI(자기공명영상) 스캐너에 사용되고 있습니다. 나이오븀 자석은 우리가 생활에서 구매할 수 있는 자석 중에 가장 자성이 강한 제품이기도 하죠.
나이오븀(Nb)의 약 80% 이상은 페로나이오븀으로 생산되어 강철 합금제로 사용되고 있는데요, 강철에 나이오븀 0.1% 이내로 첨가하면 특성이 크게 향상된 고강도저합금 강을 얻을 수 있습니다.