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X-ray 결정학 XRD 내용 정리

XRD-역격자 설명실제 공간에서의 결정면에 수직인 벡터를 역격자 벡터라고 한다. 역격자 벡터의 크기는 해당 면의 면간 거리의 역수로 표현되며, 면간 거리가 작아질수록 역격자 벡터의 크기는 커진다.실공간에서는 결정 구조의 면들이 선(line)으로 나타나는 반면, 역격자 공간에서는 이 면들이 점(point)으로 표현된다. 이때의 각각의 점들은 하나의 회절조건(hkl)에 해당하는 회절면을 나타낸다. 면간 거리가 작을수록, 면지수가 더 클수록 (000)면에서 더 멀리 떨어진 점에 역격자점이 위치한다. 이 경우, 역격자 벡터의 크기는 커진다. Lattice type에 따라서 어떤 (hkl)평면이 실제 회절에 기여할 수 있는지는 각 lattice마다 다르다. Simple cubic인 경우가 가장 회절이 일어나는 평면이 많다. 이렇게 구조에 따른 회절이 일어나는 경우가 다른 이유는 격자 내부에 존재하는 주기적인 대칭 원자 배열로 인해 일부 회절 조건 소멸간섭이 일어나기 때문이다.-Ewald sphere 설명역공간에서 XRD 회절이 일어나는, Bragg 조건을 만족시키는 가상의 구이다. Sample에 입사하는 X선의 파동 벡터의 끝이 Ewald sphere의 중심이 되고, (000)면은 ewald sphere의 끝점이 된다. X선 beam 방향이 (hkl)이라면 (000)에서 (hkl)방향으로 1/람다만큼 갔을 때가 ewald 구의 중심이다. 이 구의 반지름은 입사한 X선의 파장의 역수 나타낸다. 역격자 점과 ewald 구가 만나는 점에서 회절이 발생한다. 즉, Bragg 조건이 충족되는 지점이 이 교차점이다. 면간 거리가 떨어져 있는 곳에 X선이 입사하고, 이 경로차가 역격자 벡터와 같은 경우 이것이 Bragg 회절이 일어나는 회절조건이 된다.XRD 분석 시 샘플을 회전시키면 ewald sphere도 (000)을 중심으로 회전하며 다른 역격자 점들에서도 회절이 가능하다. 그러나 powder는 방향이 다양해서 회전이 불필요하다. 만약, TEM과 같이 매우 파장이 짧은 X선을 사용한다면 반지름은 매우 커져 원이 flat하게 되어 거의 모든 점에서 회절이 일어난다.-Peak intensities에 대해 설명K scale factor: 실험적으로 결정되는 파라미터이다. 모든 면에 대해서 일정한 값을 갖는다.structure factor: 결정의 원자 위치에 대한 정보를 포함한다. 이것은 atomic form factor와 temperature factor의 영향을 받는다. Structure factor는 unit cell 내 모든 원자로부터 산란된 파동의 합으로 정의된다.만약 unit cell 내부에 N개의 atom들이 있다면 각각의 원자에 의해 scattered되는 파동들을 더하면 모든 원자들의 scattered wave를 구할 수 있다. 아래와 같이 수식으로 나타내고 이 식을 structure factor라 부른다.Atomic form factor는 원자 단위에서 각 전자의 위치에 따라 경로차가 생기는데 그것을 보정해주는 요소이다. Theta가 더 클수록 atomic factor는 작아진다. 이때 더 큰 원자일수록 theta값이 커짐에 따라 atomic form factor는 더 크게 작아진다.Atomic의 fractional coordinates가 unit cell에서 u=x/a, v=y/b, w=z/c일 때 원자에 의한 위상차는 아래와 같은 식으로 나타낸다.여기서 h, k, l은 miller indicies로 bragg angle을 정의하는 것이다.Scattered wave는 다음과 같이 표시된다.여기서 f는 atomic form factor이다.Temperature factor는 온도가 높을수록 원자 진동이 커지며 고정된 위치로부터 벗어나는데, 이때 면간거리 d의 변화를 보정해주는 요소이다. 열진동 u을 하는 온도에 의해 감쇄된 atomic form factor는 아래와 같이 나타낸다.온도가 높을수록 u가 커져 M이 커지고 fT가 감소한다. Theta 값이 커질수록 면간거리 d 값은 작아지고, M 값이 커져 fT가 감소한다.P는 polarization factor: XRD의 inelastic scattering에 의해서 배경신호 혹은 노이즈가 발생한다. 이 배경신호에 대한 보정함수이다. 이때 2 theta가 90도에 가까워질수록 이 요소에 의해 intensity가 줄어드는 정도가 더 크다.L은 Lorentz factor로 각 peak의 적분 강도의 변화를 2 theta 변수로 정량화한 요소이다.M은 multiplicity factor로 파우더 diffraction에서만 사용한다. family of plane과 같이 등가한 면의 개수로 나타낸다.A는 adsorption correction으로 입사하는 각도에 따라 물질 내부를 통과하는 거리가 다르고, 이 과정에서 잃게 되는 intensity에 대한 보정 값이다. Debye-Scherrer이론에 기반한다. 이 효과는 2theta가 작을수록 흡수 효과가 더 크게 나타난다.

공학/기술| 2025.07.08| 3페이지| 2,500원| 조회(49)

회절, xrd, 결정학, 브래그법칙

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[카이스트 합격 자소서] 2026 봄학기 생명화학공학과 석사 합격 자소서

"[카이스트 합격 자소서] 2026 봄학기 생명화학공학과 석사 합격 자소서"에 대한 내용입니다.

학교| 2025.09.24| 4페이지| 6,000원| 조회(71)

대학원, 카이스트, 합격자소서, 석사, 카이자소서, 생명화학공학과, 대학원합격자소서, 카이스트합격자소서

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오승모의 전기화학 내용정리 1장

Electrochemistry 핵심 내용 정리(오승모의 전기화학 기반)서론터널링(tunneling)전기화학 반응에서는 전극과 반응물 사이에서 전자가 전달되는 과정이 필요한데, 이때 터널링에 의해 전자가 전달된다. 터널링 속도는 거리가 증가할수록 지수함수에 의해 감소하므로 전자 전달은 전극과 매우 가까운 거리에 위치하는 반응물과 전극 사이에서만 가능하다.전위(electric potential)전기적 위치에너지. 무한대의 거리에서 단위 크기의 양전하를 어떤 상으로 가져오는데 필요한 에너지로 정의한다. 전극의 전위가 낮을수록 전극 내 전자의 에너지는 높다. 음전하의 양이 증가할수록 전자의 에너지는 증가하고 전극의 전위는 감소한다.전압(전위차): 전기적 위치에너지 차이전기화학 반응에서는 전극과 가까운 거리에 존재하는 반응물만이 반응에 참여할 수 있다. 이렇게 전기화학 반응에 참여할 수 있는 반응물이 존재하는 전극 근처 용액의 범위를 확산층(diffusion layer)이라고 하고, 전극으로부터 더 멀리 떨어진 부분을 벌크 용액(bulk solution)이라고 한다.전기 이중층(electric double-layer): 전극이 음전하를 갖도록 조절된 경우 용액 쪽에는 전기 중성 유지를 위해 양이온이 분포한다. 이렇게 서로 다른 전하가 배치된 전극과 용액의 계면을 전기 이중층이라 한다. 전자와 양이온이 축적되는 전극/용액 계면이다. 전하가 저장되므로 커패시터(콘덴서)와 같은 기능을 갖는다.물질 전달(mass transfer)전기화학 반응에 참여하기 위해서 용액으로부터 전자의 터널링 속도가 충분히 큰 전극 표면으로 이동하는 것이다.전하전달/전자전달(charge transfer)전극 표면에 도달한 이온이 반응에 의해 전기화학 반응을 일으키고 생성물이 벌크 용액 쪽으로 이동하는 과정이다. 전하 전달 속도를 결정하는 인자가 이다.작동전극우리가 원하는 전기화학 반응이 일어나는 전극이다. 일정 전위기를 이용하여 기준전극에 대하여 작동전극의 전위를 가한다.반대전극(보조전극)작동 전극에서 환원반응에 필요한 전자를 제공하거나 또는 작동 전극에서 산화반응으로 생성된 전자를 받아주는 보조적인 역할을 수행한다.활성화 과전압(전하 전달 과전압)전극 반응이 실제로 일어나기 위해 필요한 추가적인 전위차로, 전극/전해질 계면에서 전자가 반응물과 반응하는 활성화 에너지 장벽을 극복하는데 필요하다. 전하 전달이 느려 전체 속도를 결정할 경우 전류가 흐르기 위해 열역학적으로 평형 전압보다 더 걸어주어야 하는 전압이다.농도 과전압물질 전달이 전체 속도를 결정하는 경우 전류의 흐름을 위해 평형 전압보다 더 걸어주어야 하는 전압이다.전기이중층 충전전류(charging current)전기 이중층을 채우는 전류이다.패러데이 전류(faradaic current)산화/환원에 소요되는 전류비패러데이 전류(non-faradaic current)전기 이중층 충전 전류, 이온 흡착 전류와 같이 전기화학 반응이 아닌 다른 용도에 소요된 전류이다.전극의 전압이 반쪽 전지의 평형 전압보다 더 음의 값을 가지면 순수하게 환원전류가, 더 양의 값을 가지면 순수하게 산화전류가 검출된다.(전압이 음이면 전자를 잃으려고 환원 전류, 전압이 양이면 전자를 얻으려고 산화전류)분극(polarized)전극에 과량의 음전하 또는 양전하가 축적되어 있는 상태이다. 전극이 분극되면 용액 쪽에는 이온들이 정렬하여 전기 이중층을 형성하고, 여기에 전하가 저장된다.초고용량 커패시터(supercapacitor, ultracapacitor, electric double-layer capacitor)이상 분극에 가까운 전극을 이용하여 전하를 저장하는 장치이다. 이때 전기 이중층은 전극 표면에만 형성되므로 표면적이 매우 큰 물질을 전극으로 이용한다.전극으로는 전자 전도성(electronic conduction)이 큰 물질이 이용된다. 전자 전도성과 이온 전도성(ionic conduction)을 모두 갖는 물질을 혼합 전도체(mixed conductors)라고 하는데, 이들도 전극으로 사용될 수 있다.비활성(inert) 전극백금 전극과 같이 직접 전기화학 반응에 참여하지 않고, 다른 전기화학 반응이 일어날 수 있는 자리만을 제공하는 전극이다. 자신은 직접 전기화학 반응에 참여하지 않고, 전자 전달만 돕는 역할을 하는 전극이다. 주로 반대전극으로 사용되어 분석대상이 되는 반응에 직접 관여하지 않는 전극이다.ex) HER 활성을 측정하는 경우, 작동 전극에서는 HER이 일어나고 반대 전극에서는 OER이 일어나는 것이 맞다. 하지만 HER을 분석하는 것이니 반대 전극에서는 전류 균형을 위한 보조 반응일 뿐 분석 대상이 아니므로 비활성 전극이라고 이야기를 해야 한다.전해 셀전체 반응이 자발적이지 못하므로() 전기 에너지를 공급하여 반응을 유도하여야 한다.두 전극 사이에 걸어주어야 하는 전압:열역학 값으로 결정되며 전류의 크기와 무관하게 일정한셀 분극(cell polarization)=전해 셀에서는 자발적인 반응이 아니므로 외부에서 충분한 전압을 공급해야 하고, 이때 필요한 전압이 분극 손실이 더해진 전압인 것이다.나머지 과전압과 iR 항은 전류의 크기에 비례한다. 따라서 전해 과정에서 전류 값이 증가할수록 도 증가한다. 즉, 전해를 더 빠른 속도로 진행하려면 두 전극 사이에 더 큰 전압을 걸어주어야 한다.왼쪽부터 전해질 용액의 이온 전도와 관계 있는 저항, 분리막이 있는 경우 분리막에서 이온 전도와 관계 있는 저항, 전극과 도선의 저항, 기타 저항에 해당한다.갈바닉 셀2개의 반쪽 전지에서 각각 자발적으로 진행되는 전기화학 반응을 통하여 전기 에너지를 얻는 것이다. (연료 전지)기전력(electromotive force): 갈바니 셀에서 두 전극 사이의 전압/ 은 환원 전극과 산화 전극의 표준 전극 전위()OCV(Open-circuit voltage)는 전류가 0일 때 측정되는 전압으로 이상적인 조건에서의 전압인 Ecell과 유사하다.갈바니 전지의 작동 전압:전류의 크기가 클수록 모든 과전압과 iR 강하가 증가하므로 갈바니 전지의 작동 전압은 작동 전류가 증가함에 따라 감소한다.갈바닉 셀에서는 출력되는 전압이 셀 분극만큼 감소되므로 셀 분극을 뺀 값이다.이차 전지(재충전이 가능한 전지)사용할 때(방전할 때)는 갈바닉 셀, 충전할 때는 전해 셀로 작동한다.

공학/기술| 2025.07.09| 5페이지| 5,000원| 조회(119)

전기화학, 연료전지, 배터리, 내용정리, 수전해

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공학/기술| 2025.07.08| 4페이지| 4,000원| 조회(33)

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공학/기술| 2025.07.08| 14페이지| 4,000원| 조회(44)

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