각종 용액 및 전위조건에서 형성한 화합물의 몰포로지 관찰

3.3 실험결과 및 고찰

3.3.3 각종 용액 및 전위조건에서 형성한 화합물의 몰포로지 관찰

mV에서는 결정자체가 입방형태로 되어 있다.

또한 -900 mV에서는 -1,000 mV보다 입방형태가 환상으로 발전되어 있다. 각 전 위에서 결정입자의 크기를 비교하여 보면, -900 mV, -1,000 mV에서는 전체적으로 층상인 입방형태로 아주 치밀하게 구성되어 있으나, -1,200 mV에서는 입방 결정 입자들의 크기가 작아지는 경향을 나타내며 부분적으로는 치밀하지 않은 부분이 나 타나고 있다.

Photo 3.4는 Ca+Mg 용액에 대한 몰포로지이다. -900 mV에서는 환상의 CaCO3가 석출되어 있는 반면에 -1,000, -1,200 mV에서는 Mg(OH)2층을 기반으로 한 판상위 에 꽃무늬형태의 수직구조로 CaCO3의 화합물이 석출되어 있다. 이것은 Mg²⁺성분의 화합물이 먼저 판상으로 성장하기 때문이라고 생각된다. CaCO3의 몰포로지를 보면 -900 mV에서는 치밀한 환상의 CaCO3로 되어 있으나, -1,000 mV에서는 꽃모양과 같은 CaCO3이며 또한, -1,200 mV에서는 CaCO3 구조가 꽃모양이 많이 성장한 기둥 모양을 보여주고 있다. 이것은 전류밀도의 증가에 따라 CaCO3 입자가 성장한 것으 로 생각된다. 또한, -900mV에서 초기에 Mg(OH)2가 거의 형성되지 않는 것은 금속 표면과 용액이 접하는 확산층 내부의 pH가 Mg(OH)2를 형성할 만큼 충분하지 못하 기 때문에 Mg(OH)2석출대신 부분적으로 CaCO3가 형성된 것으로 생각된다. 반면에 -1,000, -1,200 mV에서 Mg(OH)2층 위에 형성된 CaCO3가 전위가 아주 비한 -1,200 mV에서도 석출되는 이유는 다음과 같이 생각된다. 즉, Mg이온은 초기에 CaCO3의 형성을 억제하면서 금속표면에 Mg(OH)2의 형태로 석출된다. 그러나 그 후에는 이 로 인한 막 저항이 커져 귀전위가 되면서 전류밀도가 낮아져 pH가 저하하는 결과 를 갖는다. 따라서 -1,200 mV의 경우, 초기에 어느 정도의 Mg(OH)2 화합물이 형성 되다가 CaCO3 화합물이 형성되는 것으로 생각된다. 즉 이 조건에서 형성된 Mg(OH)2 층은 CaCO3 석출을 위한 핵의 형성 장소를 제공하는 것으로 생각된다.

이들 몰포로지를 3.4절의 XRD 분석결과와 비교하여 보면, Mg+Ca 용액 및 천연 해수에서 나타나는 꽃모양의 CaCO3는 Aragonite 구조이고, Mg-free 용액에서 입방 형태의 CaCO3는 Calcite 구조임을 확인할 수 있다. Aragonite는 뾰족 뾰족한 바늘 모양(acicular) 구조를 나타내는 반면에 Calcite는 부드러운 결정표면을 나타내고 잘 성장된 능면체(rhombohedral)의 특징을 갖는다. 또한 Ca+Mg용액 중 -1,200 mV

에서 Aragonite의 성장이 측면보다 수직으로 많이 형성되어 있는데 이는 해수중 Mg²⁺이온이 CaCO3 결정격자의 측면성장을 억제하는 효과를 가지는 반면에, 연직축 방향의 성장을 촉진하는 역할을 하는 것으로 생각이 된다. 그러므로 몰포로지도 측 면성장이 억제된 형태의 꽃모양 구조가 나타나게 된다. 즉, Ca+Mg 용액에서 Mg²⁺

이온이 측면 성장을 억제하여 전체적으로 주상정 구조를 가지고 있다.

-800 mV

-900 mV

-1,000 mV

-1,200 mV

200 μm 40 μm

Photo 3.1 SEM photos of the electrodeposit films formed in natural seawater at various potentials

-900 mV

-1,000 mV

-1,200 mV

200 μm 40 μm

Photo 3.2 SEM photos of the electrodeposit films formed in Ca-free solution at various potentials

-900 mV

-1,000 mV

-1,200 mV

200 μm 40 μm

Photo 3.3 SEM photos of the electrodeposit films formed in Mg-free solution at various potentials

-900 mV

-1,000 mV

-1,200 mV

200 μm 40 μm

Photo 3.4 SEM photos of the electrodeposit films formed in Ca+Mg solution at various potentials