[스피노달]Spinodal Decomposition

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열역학특론 중 스피노달 분해에 관하여 정리된 자료입니다.

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본문내용

상평형은 형성되는 상의 종류, 수 및 조성을 결정한다. 분상된 미세구조의 크기와 형상은 속도론적 과정에 의해서도 영향을 받는다. 깁스(Gibbs)는 처음으로 상분리가 정도에 있어서는 크고 공간적인 양으로는 작거나, 정도에 있어서는 작고 공간적인 양으로는 크게 일어난다는 점을 지적하였다. 스피노달 분해(spinodal deposition)는 넓은 범위에서 조성의 작은 파동이 분해된 상들의 조성이 평형값이 도달할 때까지 증폭된다. 이 과정으로부터 상분리의 후반부에서 상이한 구조가 형성된다.
스피노달 분해(Spinodal decomposition)이라 함은 합금 AB(조성:X0)를 고온(T1)에서 용체화처리하고 저온(T2)로 quenchingdmf 시켰을 때 모든 곳에서 조성은 같지만 조성의 작은 요동(fluctuation)에 의해 A가 만은 지역과 B가 많은 지역으로 상분리함으로써 전체 자유에너지가 감소되기 때문에 곧 불안정하게 되어 조성 구배의 반대방향으로 역방향 확산(up-hill diffusion)이 일어나 분해되는 것을 말한다. 즉 다음 식이 만족될 때 Spinodal 분해가 일어난다.
1600년대에 Spinodal 분해의 자세한 이론이 개발되었다. Spinodal 분해는 유리, 결정질 세라믹스, 금속, 고분자 등 여러 종류의 재료에서 관찰된다. 열역학적으로 핵생성과 성장 그리고 Spinodal 분해는 균질한 재료가 적은 범위의 조성의 파동에 대해 안정한지 여부에 따라 구분된다. 이 구분은 공용간격(miscibility gap)을 갖는 2성분계의 자유에너지 곡선을 고려하면 쉽게 이해된다.
임계용해온도보다 낮은 온도에서 윗 쪽으로 휜 자유에너지 곡선이 형성되고 공통접선을 그리면 상 경계를 결정할 수 있다. 상 경계내의 균질한 조성은 공통접선이 정의하는 대로 두 가지 상으로 분리되면서 자유에너지가 감소한다.
그러나 자유에너지 곡선의 변곡점을 스피노드라고 정의하면, 스피노드 외부의 조성에서는 상이 분리되는 과정 동안 에너지 장벽이 있으며 내부의 조성에서는 에너지 장벽이 없다.

참고 자료

열역학특론