고온열량계의 제작 및 천이금속화합물의 표준생성열 측정 = Construction of High Temperature Calorimeter and Measurement of Standard Molar Enthalpy of Formation for Transition Metal Compounds

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Kleppa type 고온 calorimeter를 자체 기술력으로 제작하고, 이미 엔탈피 값이 보고되어 있는 NiGe, Ni3Ge, NiSi, CoSi, Ni3Al, Co2Al9 화합물의 표준생성엔탈피를 측정하여 다른 연구자의 결과와 비교함으로써 자체 제작한 calorimeter의 성능을 검토하는 것이다.
본 연구에서는 1000℃ 이상의 고온에서 사용가능한 단열형 calorimeter를 설계, 제작하였다. calorimeter는 노와 calorimeter tube, liner, 계측시스템으로 구성되며, 노의 발열체는 Kanthal선을 사용하였으며, calorimeter tube는 알루미나제로서 tube 외부에 열변화를 측정하기 위한 thermopile을 설치하였다. themopile에서 발생된 열기전력은 nanovoltmeter로 정밀하게 측정하며, 동시에 computer로 data를 받아 저장하고 또한 chart recorder를 사용하여 기록을 한다.
Calibration은 순수한 Ag를 사용하였고, 천이금속화합물의 표준생성엔탈피를 Direct synthesis method를 이용하여 측정하였다. 실험에서 회수한 시료에서 목적화합물이외의 다른 상의 존재여부를 SEM ,EDS, XRD로 분석하였다. 본 실험온도는 1343K와 1293K이며, 표준생성엔탈피의 측정결과 NiGe(-25.7 kJ/mol.atom), Ni3Ge(-20.2 kJ/mol.atom), NiSi(-39.6 kJ/mol.atom)의 표준생성엔탈피는 타 연구결과와 양호하게 일치하였다. CoSi의 표준생성엔탈피는 타 연구결과와 일치하지 않았다. 그 원인은 실험온도가 낮아 Co와 Si의 반응이 충분히 일어나지 않은 것으로 사료된다.
Ni3Al의 표준생성엔탈피는 타 연구결과와 매우 일치하였으나 EDS 분석결과 시료조성의 부위별 편차가 있어 근사값을 나타낸다. Co2Al9는 화합물이 Quartz 도가니와 반응하여 표준생성열을 정확히 측정하지 못하였으며, 대체 도가니를 사용하여 재 측정해야 할 것으로 판단된다.
이상의 연구결과로부터 본 연구에서 자체 제작한 Calorimeter는 열화학 연구에 활용할 수 있는 정도를 가지고 있음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A microcalorimeter was designed and constructed for the application to measure the thermal change in a reaction tube above 1300K. The new calorimeter consists of the furnace, the calorimeter tube, the data gathering system and the reaction tube. The calorimeter tube is made of alumina, about 25.5mm I.D, 31.7mm O.D. and 900mm long. Sixty shallow vertical grooves have been ground on the outside surface of this tube to allow the placement of a 29 couple thermopile. A block of inner thermopile was located inside of the calorimeter tube. The inner thermopile is connected to the outer thermopile. The thermopile measures small temperature differences arising from the reactions in the reaction tube. The e.m.f. is measured by nanovoltmenter and converted to a digital signal and stored in a computer.
In order to verify the performance of the new calorimeter, the standard enthalpies of NiGe, Ni3Ge, NiSi, CoSi, Ni3Al and Co2Al9 were measured by the direct synthesis calorimetry at 1323K and 1293K. The enthalpies of formation were obtained to be -25.7kJ/mol.atom , -20.2 kJ/mol.atom and -39.6kJ/mol.atom for NiGe, Ni3Ge and NiSi, respectively. Our result for CoSi was considered to be an indicative value, because of the incomplete reaction between Co and Si at our experimental temperature. A comparison has been made between theresults of present work and previously reported experimental or predicted values. The new calorimeter is believed to have a good performance for the thermochemical study of high temperature processes.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 국문초록
• List of Figures
• List of Table
• 1. 서론 = 1
• 2. Calorimeter의 제작 = 4
• 3. 실험 = 12
• 3.1. Calibration - 12
• 3.2. Direct Synthesis Method = 15
• 3.3. 실험순서 = 17
• 4. 결과 및 고찰 = 20
• 4.1. 천이금속화합물 = 20
• 4.2 수정전과 수정후의 calorimeter 비교 = 26
• 4.3 Calorimeter 특성 = 31
• 4.31 로 승온후 시간에 따른장치상수의 변화 = 31
• 4.32 liner 사용횟수에 따른 기전력의 변화 = 34
• 4.33 Cu의 Calibrateion 결과 = 37
• 4.4 결과 = 40
• 4.4.1 실험결과 = 40
• 4.41.1 NiGe = 40
• 4.41.2 Ni₃Ge = 42
• 4.41.3 NiSi = 44
• 4.41.4 CoSi = 46
• 4.41.5 Ni₃Al = 50
• 4.41.6 Co₂Al_9 = 53
• 4.41.7 다른 연구자의 결과 비교 = 57
• 4.4.2. 분석결과 및 고찰 = 59
• 5. 결론 = 71
• 6. 참고문헌 = 73
• Abstract
• 감사의 글