적층 결함(Stacking fault)과 적층 결함 에너지(Stacking fault energy)

적층 결함(Stacking fault)의 의미

적층 결함은 결정 격자에서 결정면의 적층 순서가 어긋날 때 발생하는 일종의 결정학적 결함입니다. 즉, 결정의 원자가 정상적인 적층 패턴에서 벗어나는 영역입니다. 결정 격자의 적층 순서는 fcc(face-centered cubic) 구조에서 (111)면 또는 hcp(hexagonal close-packed)에서 (0001)면의 원자들이 조밀하게 배열된 면에 의해 결정됩니다. 완벽한 결정 격자에서 이러한 평면의 적층 순서는 규칙적이고 주기적입니다. 그러나 적층 결함에서는 이 순서가 중단되어 원자가 정상적인 패턴에서 벗어나게 됩니다.

 

적층 결함의 특징

적층 결함은 변형이나 전위 운동과 같은 다양한 메커니즘을 통해 결정 격자에 생성되거나 결정 성장 중에 도입될 수 있습니다. 적층 결함에서 적층 순서가 fcc에서 hcp로 또는 hcp에서 fcc로 변경되는 것과 같이 적층 순서의 어긋남이 발생합니다.

적층 결함은 재료의 특성에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 결정 격자 내의 위치와 밀도에 따라 재료의 기계적, 전기적, 광학적 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 경우에 따라 강도나 경도를 높이는 등 재료의 특성을 개선할 수도 있습니다. 적층 결함은 투과 전자 현미경이나 X선 회절과 같은 다양한 기술을 사용하여 시각화하고 특성화할 수 있습니다. 

 

적층 결함 에너지(Stacking fault energy)

적층 결함 에너지는 완전 결정 격자와 적층 결함이 있는 결정 격자의 에너지를 비교하여 계산할 수 있습니다. 일반적으로 제곱미터당 줄(J/m^2)과 같은 단위 면적당 에너지 단위로 표시됩니다. 낮은 적층 결함 에너지를 가진 재료는 일반적으로 슬립에 대한 저항이 낮기 때문에 연성이 더 높고 변형하기 쉽습니다. 반면, 높은 적층 결함 에너지를 가진 재료는 일반적으로 슬립에 대한 저항이 높다는 의미이기 때문에 부서지기 쉽고 변형이 어렵습니다.

적층 결함 에너지는 또한 전위 및 입계(grain boundary)와 같은 결정 구조의 결함 형성 및 거동에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 적층 결함 에너지가 낮은 재료는 기계적 특성과 성능에 영향을 줄 수 있는 전위 및 입계를 형성할 가능성이 더 큽니다. 투과전자현미경이나 X선 회절과 같은 다양한 방법을 사용하여 실험적으로 측정하거나 결정 구조와 원자 간 전위를 기반으로 하는 이론적 계산을 사용하여 추정할 수 있습니다.

 

적층 결함 에너지는 결정 격자에서 적층 결함을 생성하는 데 필요한 에너지를 설명하는 재료 특성이며, 이는 슬립에 대한 재료의 저항에 대한 척도가 될 수 있습니다. 재료의 기계적 성질과 성능에 영향을 줄 수 있으며 실험적으로 측정하거나 이론적으로 추정할 수 있습니다. 적층 결함 에너지(SFE)는 결정 격자에서 적층 결함을 생성하는 데 필요한 에너지를 설명하는 재료 특성입니다. 이것은 결정 구조에서 전위의 움직임인 슬립에 대한 재료의 저항을 측정한 것입니다.

Stacking fault