결정구조의 기본 개념

결정질_Crystalline과 비결정질_{Noncrystalline}

고체 재료는 원자 혹은 이온 간 배열의 규칙성에 따라 구분할 수 있다. 긴 범위에 걸쳐 원자간에 규칙이 존재하여 원자들이 규칙적인 3차원 배열을 구성하는 고체, 즉 원자간에 장범위 규칙을 가지는 고체를 결정질 고체라 하며, 반대로 원자들이 규칙적인 배열을 구성하지 않는 경우 비결정질 고체라 한다. 고체의 결정성을 결정하는 것은 액상의 원자 구조가 응고 과정을 통해 얼마나 쉽게 규칙적인 상태로 변환될 수 있느냐에 달려있다. 따라서, 분자의 구조가 상대적으로 복잡하여 규칙적인 배열로 바꾸는 데 어려움이 있는 경우 비결정질이 된다.

결정질_Crystalline

원자간의 장범위 규칙이 존재하여 원자들이 규칙적인 3차원 배열을 구성하는 고체

소금과 같이 길고 넓은 범위에 걸쳐 일정한 배열을 가지는 재료를 결정질이라고 한다. 재료의 어떠한 부분을 얼마나 확대해 보더라도 유사한 구조를 보이는 것이 특징이다.

결정질 재료의 예시

• 모든 일반적인 금속
• 대부분의 세라믹
• 일부분의 폴리머

비결정질(비정질)_{Noncrystalline}

원자간의 장범위 규칙이 존재하지 않는 고체

비결정질은 결정질과 달리 길고 넓은 범위에 걸쳐 일정한 배열을 가지지 않는 재료를 일컫는다. 재료의 어떠한 부분을 확대하냐에 따라 서로 다른 모습을 보이며 국소적인 범위에서는 일부 규칙성이 있어 보일 수 있다.

비결정질 재료의 예시

• 대부분의 폴리머
• 일부분의 세라믹
• 급속 냉각된 금속

※금속은 기본적으로 결정질이지만, 특정한 조건에서 액체 상태의 합금을 급속 냉각하면, 비결정질 금속을 만들 수 있다.

결정 구조_{crystal structure}

결정 구조는 재료과학의 4요소 중 하나로 결정질 고체의 다양한 기계적 성질은 재료 내의 원자나 이온, 분자의 배열 방식에 의해 결정된다. 금속의 경우와 같이 비교적 단순한 결정 구조에서부터 세라믹이나 폴리머의 경우와 같이 매우 복잡한 구조까지 매우 다양한 결정 구조가 존재한다. Chap03에서는 가장 단순한 금속의 경우를 통해 결정질 고체의 기본적인 개념에 대해 알아본다.

공간 격자_{space lattice}

원자나 이온, 분자가 공간상에 규칙적으로 격자를 이루고 있는 배치

결정 구조를 쉽게 표현, 설명하기 위해 ‘공간 격자‘란 개념을 도입한다. 각 격자점은 동일한 주위를 가지며, 그 하나의 구역을 단위 격자라 한다. 공간 격자는 어떠한 형태를 가지는지에 따라 7개의 결정계를 가지며, 7개의 결정계는 14개의 브라베 격자(Bravais lattices)로 구분된다.

단위 격자에 대한 내용은 단위 격자와 격자 상수을 참고
결정계에 대한 내용은 결정계와 브라베 격자을 참고