덴드라이트

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1. 개요
2. 덴드라이트 형성
3. 덴드라이트의 종류
4. 덴드라이트와 위스커
- 4.1. 덴드라이트
- 4.2. 위스커
5. 덴드라이트와 문제점
- 5.1. 배터리 단락
6. 덴드라이트와 과학
참조

1. 개요

덴드라이트는 과냉각된 액체나 과포화 용액에서 고체 결정이 성장할 때 나타나는 나뭇가지 모양의 패턴을 의미한다. 덴드라이트는 표면 에너지의 이방성과 입자 부착의 운동학적 특성으로 인해 형성되며, 결정 구조에 따라 성장 방향이 결정된다. 덴드라이트는 금속, 광물, 얼음 등 다양한 물질에서 나타나며, 특히 배터리 내에서 덴드라이트 형성은 단락을 유발하여 문제를 일으킬 수 있다. NASA는 미세 중력 환경에서 덴드라이트 성장을 연구하며, 고생물학에서는 화석으로 오인되기도 한다.

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덴드라이트

2. 덴드라이트 형성

덴드라이트 형성은 과냉각된 액체나 과포화된 용액에서 고체 결정이 성장할 때 나타나는 독특한 나뭇가지 모양의 패턴이다. 이 과정은 액체 속에서 고체 성장이 처음 시작되는 핵생성 단계로부터 출발한다.

초기에는 생성된 고체 결정이 구형(공 모양)으로 자라나는 경향이 있지만, 일정 크기 이상이 되면 불안정해져 나뭇가지 모양으로 성장하기 시작한다. 이러한 형태 변화는 고체와 액체 사이의 경계면(계면) 에너지 특성과 원자가 결정 표면에 달라붙는 속도 등 복합적인 요인에 의해 발생한다.^[3]

특히 과냉각 상태나 과포화 상태에서는 결정 성장이 빠르게 일어나며, 표면의 돌출된 부분이 우선적으로 성장하고 가지를 치면서 복잡한 덴드라이트 구조가 만들어진다.^[9]^[10] 덴드라이트의 최종적인 형태와 가지가 뻗는 방향은 그 물질 고유의 결정 구조에 따라 달라진다.^[11] 예를 들어, 눈송이는 물 분자의 육각형 결정 구조를 반영하여 6개의 대칭적인 가지를 뻗는 덴드라이트 형태를 보인다.

덴드라이트 형성 과정은 NASA 등에 의해 미소 중력 환경에서도 연구되었으며,^[12] 페이즈 필드법과 같은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 그 메커니즘을 이해하려는 노력이 이루어지고 있다.^[9]

2. 1. 형성 메커니즘

덴드라이트는 과냉각 또는 과포화 상태의 액체에서 고체가 석출될 때 형성되는 나뭇가지 모양의 결정을 말한다. 이 과정은 액체 내부에 작은 고체 씨앗이 처음 생겨나는 핵생성으로 시작된다.

초기에는 고체가 구형으로 성장하지만, 일정 크기 이상이 되면 이 형태는 불안정해진다. 이러한 불안정성은 주로 두 가지 요인 때문에 발생하는데, 첫째는 고체와 액체 사이의 계면에서 표면 에너지가 방향에 따라 달라지는 이방성이고, 둘째는 원자가 결정 표면에 달라붙는 속도가 위치마다 다른 운동학적 특성이다. 표면 에너지는 고체-액체 경계면을 유지하는 데 필요한 에너지인데, 이것이 방향마다 다르면(이방성) 결정은 에너지가 가장 낮은 안정한 형태를 찾아 변형되려는 경향이 있다.

특히 과냉각 상태나 과포화 상태에서는 액체 속의 원자들이 빠르게 고체 상태로 변하려고 한다. 이때 원자들은 결정 표면의 움푹 들어간 결함 부분뿐만 아니라, 어느 곳이든 달라붙기 쉬워진다. 확률적으로 표면에서 뾰족하게 튀어나온 돌출 부분에 원자가 더 쉽게 붙게 되고, 이 돌출 부분이 주변의 원자를 더 많이 끌어당기면서 점점 더 길게 자라나게 된다. 이 과정에서 돌출부 끝에서 작은 요동이나 불균일성으로 인해 새로운 가지가 갈라져 나오면서, 결과적으로 일정한 규칙성을 가진 나뭇가지 모양의 덴드라이트 구조가 형성된다. 과냉각이나 과포화 정도가 클수록 결정화 속도가 빨라져, 가지 사이의 간격이 더 좁고 미세한 덴드라이트가 만들어지는 경향이 있다.^[9]^[10]

전해액에서 생성된 은의 덴드라이트. 은은 입방정계 결정 구조를 가지므로, 덴드라이트 가지가 원래 줄기에 대해 수직(90도)으로 뻗어 나가는 특징을 보인다.

덴드라이트의 가지가 뻗어 나가는 방향과 전체적인 형태는 그 물질이 가지는 고유한 결정 구조에 의해 결정된다. 예를 들어, 입방정계나 정방정계 결정 구조를 가진 물질(예: 소금, 은)의 덴드라이트는 주로 원래 가지(주축)에 대해 90도 각도로 새로운 가지를 뻗는다. 반면, 육방조밀구조(HCP)를 가진 물질(예: 얼음, 아연)의 덴드라이트는 눈 결정처럼 원래 가지에 대해 60도 또는 30도 각도로 가지를 치는 특징을 보인다.^[11]

결정 구조에 따라 덴드라이트가 우선적으로 성장하는 특정 결정학적 방향이 존재한다. 예를 들어, 체심 입방 격자(BCC) 구조를 가진 대부분의 금속은 `<100>` 방향(격자의 각 축 방향)으로 우선 성장하는 경향이 있다. 그러나 크롬(Cr)과 같이 BCC 구조임에도 불구하고, 표면 에너지보다 응력 에너지 최소화 효과가 더 우세하여 `<111>` 방향(입방체의 공간 대각선 방향)으로 우선 성장하는 예외적인 경우도 존재한다.^[5] 몇 가지 흔한 결정 구조와 그에 따른 우선 성장 방향은 아래 표와 같다.^[3]

흔한 결정 구조의 우선 성장 방향^[3]
결정 구조	우선 성장 방향	예시
면심 입방 격자(FCC)	`<100>` 방향	Al, Cu, Ni, γ-Fe
체심 입방 격자(BCC)	`<100>` 방향	δ - Fe, 숙시노니트릴(SCN), NH₄Cl (CsCl-type)
정방정계	`<110>` 방향	Sn
육방조밀구조(HCP)	`<1010>` 방향	Zn, H₂O (얼음)

NASA가 미소 중력 환경에서 관찰한 숙시노니트릴 덴드라이트의 성장 과정. 대류의 영향이 없는 상태에서의 성장을 보여준다.

덴드라이트 형성에 대한 연구는 NASA 등에 의해 우주왕복선이나 국제우주정거장을 이용한 미소 중력 환경에서도 수행되었다. 무중력에 가까운 상태에서는 액체 내 대류 현상이 거의 발생하지 않아, 물질의 이동이 주로 확산에 의해 이루어진다. 이러한 조건은 지구 환경보다 더 이상적인 덴드라이트 성장을 관찰하고 이론 모델을 검증하는 데 도움을 준다.^[12] 미소 중력 환경에서는 덴드라이트 형태가 일부 금속 및 합금에서 안정적인 고체 상태로 나타나기도 한다. 예를 들어, 철(Fe)과 사마륨(Sm)을 혼합하여 녹인 용융물을 미소 중력 상태에서 냉각시키면, 대류에 의한 성분 혼합이 억제되어 SmFe₂와 같은 특이한 조성의 합금이 평면적인 덴드라이트 형태로 성장하는 것이 관찰되었다.^[12]

덴드라이트가 형성되는 복잡한 과정은 페이즈 필드법(Phase-field method)과 같은 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 통해 연구되고 있으며, 이를 통해 실제와 유사한 덴드라이트 형태를 재현하고 성장 메커니즘을 이해하려는 노력이 이루어지고 있다.^[9]

2. 2. 성장 속도 및 방향

덴드라이트의 성장 속도는 시간에 따라 감소하는 경향을 보인다. 부착 운동을 고려하면, 성장 속도는 시간(

t

)에 대해

t^{-1/2}

에 비례하여 감소한다.^[4] 그러나 전체적으로는 안정적인 포물선 형태로 성장하는데, 길이는 시간에 비례(

t

)하고 너비는 시간의 제곱근(

\sqrt{t}

)에 비례하여 증가한다.^[4] 성장은 주로 뾰족한 포물선 끝 부분(팁)에서 활발하게 일어나며, 이로 인해 덴드라이트는 점점 길어진다.^[4] 시간이 지나면서 이 포물선 팁의 측면 또한 불안정해지면서 가지를 치기 시작하여 덴드라이트 특유의 나무 모양 구조를 형성하게 된다.^[4] 과냉각 또는 과포화 정도가 클수록 결정화가 빠르게 일어나므로, 가지 사이의 간격이 좁은 덴드라이트가 만들어지기 쉽다.^[9]^[10]

덴드라이트가 특정 방향으로 우선적으로 성장하는 경향은 그 기반이 되는 결정 구조와 관련이 깊다. 이는 고체와 액체 계면에서의 표면 에너지가 방향에 따라 다른 이방성을 가지기 때문이다.^[3] 예를 들어, 체심 입방 격자(BCC) 구조를 가진 물질이 덴드라이트로 성장할 때는 일반적으로

\langle 100 \rangle

방향으로 우선 성장한다.^[3] 하지만 예외도 존재하는데, 크롬(Cr)과 같이 BCC 구조임에도 불구하고 응력 에너지를 최소화하려는 효과가 표면 에너지 최소화 효과보다 더 클 경우,

\langle 111 \rangle

방향으로 우선 성장하기도 한다.^[5]

일반적인 결정 구조에 따른 우선 성장 방향은 다음과 같다.

흔한 결정 구조의 우선 성장 방향^[3]
결정 구조	우선 성장 방향	예시
면심 입방 격자(FCC)	$\langle 100 \rangle$	Al, Cu, Ni, γ-Fe
체심 입방 격자(BCC)	$\langle 100 \rangle$	δ-Fe, Succinonitrile (SCN), NH₄Cl (CsCl-type)
정방정계	$\langle 110 \rangle$	Sn
조밀 육방 격자(HCP)	$\langle 10\bar{1}0 \rangle$	Zn, H₂O

결정 구조는 덴드라이트의 가지가 뻗어 나가는 각도에도 영향을 미친다. 입방정계나 정방정계 결정에서는 원래 가지에서 90도 각도로 새로운 가지가 나온다. 반면, 조밀 육방 구조를 가진 얼음(H₂O) 결정(눈 결정)처럼 원래 가지에서 30도 또는 60도 각도로 가지가 뻗어 나가는 경우도 있다.^[11]

2. 3. 관련 이론

덴드라이트 패턴 생성에 대한 최초의 이론은 1974년 내쉬와 글릭스만이 발표했다. 이들은 매우 수학적인 방법을 사용하여 고전적인 바늘 성장에 대한 비선형 적분-미분 방정식을 도출했으나, 바늘 끝 근처에서 부정확한 수치 해만을 얻었다. 그들은 주어진 성장 조건에서 끝단 속도가 고유한 최대값을 갖는다는 최대 속도 원리(Maximum Velocity Principle|MVP^영어)를 발견했지만, 이 원리는 곧 자신들에 의해 기각되었다. 글릭스만은 이후 수치적 방법을 개선했지만, 사용된 방정식에 수학적 해가 없다는 것을 깨닫지 못해 연구 결과는 의미를 잃었다.

4년 뒤인 1978년, 랑거와 뮐러-크룸바르는 한계 안정성 가설(Marginal Stability Hypothesis|MSH^영어)을 제안했다. 이 가설은 열 확산율, 표면 장력, 덴드라이트 선단 반경에 의존하는 안정성 매개변수 σ를 사용했으며, σ가 작을 때 시스템이 불안정해져 덴드라이트가 형성된다고 설명했다. 그러나 특정 성장 시스템에 대한 안정성 기준을 얻지 못해 MSH 이론은 폐기되었다.

10년 후, 여러 연구 그룹이 내쉬-글릭스만 문제를 다시 연구하여 단순화된 버전에 집중했다. 그 결과 등방성(방향에 따라 성질이 같은) 표면 장력의 경우 문제가 해를 갖지 못한다는 것을 발견했다. 이는 정상적인 바늘 성장 해를 갖는 시스템은 반드시 비등방성(방향에 따라 성질이 다른) 표면 장력을 가져야 함을 의미했다. 이 발견은 미시적 가용성 조건 이론(Microscopic Solvability Condition|MSC^영어)으로 이어졌지만, 등방성 표면 장력에 대해 정상 해가 없음에도 불구하고 실험적으로는 이론이 예측하지 못한 거의 정상적인 해가 관찰되어 이 이론 역시 실패했다.

현재 덴드라이트 결정에 대한 가장 발전된 이해는 거시적 연속체 모델의 형태로 나타난다. 이 모델은 시스템의 고체와 액체 부분을 모두 연속적인 매체로, 그 경계면을 표면으로 가정한다. 재료의 미세 구조와 핵생성에 대한 일반적인 이해를 바탕으로 덴드라이트 결정의 성장 방식을 비교적 정확하게 예측한다.^[2]

3. 덴드라이트의 종류

덴드라이트는 광물, 금속, 물 등 다양한 물질에서 형성되는 나뭇가지 모양의 결정 구조이다.

망가니즈나 철을 포함한 용액이 암석 틈에서 결정화되면서 광물 덴드라이트가 흔히 생성된다.^[14]^[15] 금속 역시 고유한 특성을 가지며 수지상 결정 형태의 덴드라이트를 형성한다.^[3] 그 외에도 물이나 특정 유기 화합물(석시노니트릴 등)에서도 덴드라이트 구조가 관찰된다.

3. 1. 광물 덴드라이트

고생물학에서는 나뭇가지 모양의 광물 결정 형태가 종종 화석으로 오인되기도 한다. 이러한 가화석은 암석의 자연적인 틈으로 광물 용액이 스며들어 채워지면서 형성된다. 특히 망간과 철 성분이 풍부한 물이 석회암(CaCO₃)이나 다른 종류의 암석 층 사이의 균열이나 층리면을 따라 흐르면서 나뭇가지 모양의 결정을 침전시킬 때 형성된다.^[6]

다양한 망간 산화물 및 수산화물이 덴드라이트 형성에 관여하며, 주요 광물은 다음과 같다.^[6]^[14]^[15]

버네사이트 (Na₄Mn₁₄O₂₇·9H₂O)
코로나다이트 (PbMn₈O₁₆)
크립토멜레인 (KMn₈O₁₆)
홀란다이트 (BaMn₈O₁₆)
로마네차이트 ((Ba,H₂O)Mn₅O₁₀)
토도로카이트 ((Ba,Mn,Mg,Ca,K,Na)₂Mn₃O₁₂·3H₂O)
적철광 (α-Fe₂O₃)
연망간석 (MnO₂)

석영이나 모스 애거트(마노의 일종)의 틈에서는 3차원 형태의 입체적인 덴드라이트가 발달하기도 한다.

3. 2. 금속 덴드라이트

금속의 경우, 수지상 결정(덴드라이트)의 형성 과정은 다른 결정과 매우 유사하지만, 부착 동역학은 훨씬 작은 역할을 한다. 이는 금속의 계면이 원자적으로 거칠기 때문이다. 액체 상태와 고체 상태의 구조적 차이가 작기 때문에 액체에서 고체로의 전이가 다소 점진적으로 일어나며, 약간의 계면 두께가 관찰된다. 결과적으로 표면 에너지는 거의 등방성이 된다.^[3] 이러한 이유로, 더 복잡한 분자의 결정에서 관찰되는 원자적으로 매끄러운 계면에서 발견되는 면상 결정은 금속 덴드라이트에서는 잘 나타나지 않는다.

3. 3. 기타 덴드라이트

망가니즈는 산화물과 수산화물 형태 모두에서 덴드라이트를 쉽게 생성한다. 그 외에도 다음과 같은 광물들이 덴드라이트를 형성하기 쉬운 것으로 알려져 있다.^[14]^[15]

광물 이름	화학식
적철광	α-Fe₂O₃
파이롤루스광	MnO₂
버네스광	Na₄Mn₁₄O₂₇・9H₂O
코라도광	PbMn₈O₁₆
크립토멜렌광	KMn₈O₁₆
홀랜드광	BaMn₈O₁₆
로마네치광	(Ba,H₂O)Mn₅O₁₀
굉석	(Ba,Mn,Mg,Ca,K,Na)₂Mn₃O₁₂・3H₂O

석회암 (CaCO₃)과 같은 암석의 갈라진 틈으로 망가니즈나 철 이온을 포함한 용액이 스며들어 결정화될 때 덴드라이트가 형성되기 쉽다. 석영이나 모스 애거트(마노의 일종) 내부에서는 입체적인 형태의 덴드라이트가 관찰되기도 한다.

물 역시 덴드라이트를 쉽게 형성하는 물질 중 하나이다. 또한, 석시노니트릴 (C₂H₄(CN)₂)도 덴드라이트 형성이 용이하여 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.

4. 덴드라이트와 위스커

덴드라이트와 위스커는 모두 결정이 성장하면서 만들어지는 구조이지만, 그 형태와 성장 방식에서 뚜렷한 차이를 보인다. 덴드라이트는 주로 나뭇가지와 같은 복잡한 형태로 뻗어 나가며 끝부분(선단)에서 성장이 이루어지는 반면, 위스커는 주석이나 아연 같은 금속 표면에 마치 수염처럼 한 방향으로 길게 자라는 섬유상 단결정으로, 뿌리 부분(근본)에서 성장이 진행된다. 이러한 성장 방식의 차이로 인해 위스커는 덴드라이트와 달리 가지를 치는 경우가 거의 없다.^[13]

4. 1. 덴드라이트

덴드라이트 형성은 과냉각된 액체에서 고체 성장이 처음 나타나는 핵생성으로 시작된다. 결정은 처음에는 구형으로 성장하지만, 특정 크기에 도달하면 구형이 더 이상 안정적이지 않게 된다. 이러한 불안정성은 두 가지 주요 원인 때문에 발생하는데, 하나는 고체와 액체 사이의 계면에서 나타나는 표면 에너지의 이방성이고, 다른 하나는 입자가 결정면에 달라붙는 속도와 관련된 운동학적 특성이다.

고체-액체 계면에서는 액체에서 고체로 구조가 변할 때 필요한 추가 에너지인 표면 에너지

\gamma_{sl}

를 정의할 수 있다.

구형 계면의 경우, 깁스-톰슨 방정식에 따라 곡률 때문에 평평한 계면보다 녹는점이 낮아진다(

\Delta T_m

). 이 관계는 다음과 같다.

\Delta T_m \propto \frac{\gamma_{sl}}{r}

여기서

r

은 구의 반지름이다. 이러한 곡률 과냉각 효과, 즉 계면에서 녹는점이 실질적으로 낮아지는 현상 때문에 작은 반지름에서는 구형이 유지된다.

그러나 표면 에너지의 이방성은 계면이 에너지 측면에서 가장 유리한 형태로 변형되도록 만든다. 2차원 공간에서 입방 대칭을 가진 경우, 표면 에너지의 이방성은 다음과 같이 표현될 수 있다.

\gamma_{sl}(\theta) = \gamma_{sl}^0[1 + \epsilon \cos(4\theta)]

이는 법선 접촉 강성을 다음과 같이 만든다.

\gamma_{sl}^0[1 - 15\epsilon \cos(4\theta)]

여기서

\epsilon < 1/15

일 때, 모든 각도

\theta

에 대해 이 값이 양수가 된다. 이 경우를 "약한 이방성"이라고 한다. 만약

\epsilon

값이 더 커서 "강한 이방성"이 되면, 특정 각도

\theta

에서는 표면 강성이 음수가 될 수 있다. 이는 해당 방향으로는 결정이 성장하기 어렵다는 것을 의미하며, '면정 결정'이라 불리는 형태가 만들어진다. 즉, 계면의 특정 부분은 결정면이 되어 부착 운동학적 특성으로 인해 성장이 억제된다.^[3]

한편, 주석이나 아연과 같은 금속에서는 한 방향으로 길게 뻗은 섬유 모양의 단결정이 생기기도 하는데, 이는 금속 부품 표면에 수염처럼 보인다고 하여 위스커라고 불린다. 덴드라이트와 위스커는 형태에서 차이가 있다. 덴드라이트는 나뭇가지처럼 끝부분(선단)에서 결정이 성장하며 가지를 치는 반면, 위스커는 뿌리 부분(근본)에서 결정이 성장하여 길게 자라난다. 이 때문에 위스커는 중간에 구부러질 수는 있어도 가지가 갈라지는 경우는 거의 없다.^[13]

4. 2. 위스커

주석이나 아연 등의 금속에서 발견되는, 한 방향으로 뻗은 섬유상 단결정을 위스커라고 부른다. 금속 부품 표면에서 마치 수염처럼 보이는 형태를 띤다.

위스커는 덴드라이트와 형태적으로 구별되는데, 이는 결정 성장 방식의 차이 때문이다. 덴드라이트는 끝부분(선단부)에서 결정이 성장하지만, 위스커는 뿌리 부분(근본)에서 결정 성장이 일어나 길게 뻗어 나간다. 이러한 성장 방식 때문에 위스커는 중간에 꺾일 수는 있어도, 덴드라이트처럼 가지가 갈라지는 경우는 거의 없다.^[13]

5. 덴드라이트와 문제점

덴드라이트 형성은 특정 환경에서 문제를 일으킬 수 있으며, 대표적인 예로 전지 내부에서의 문제를 들 수 있다.^[16]

5. 1. 배터리 단락

전지에는 금속 이온 액체가 사용되며, 그 안에서 화학 반응도 일어나기 때문에 덴드라이트가 생성되기 쉽다. 석출되는 금속의 양이 적더라도 덴드라이트 형태로 길게 뻗어나가기 쉬우며, 이 때문에 용기 등의 표면을 따라 생성되어 전기 배선을 단락시킬 수 있다.^[16]

6. 덴드라이트와 과학

원자 수준에서 거친 고체-액체 계면의 단순화된 다이어그램. 이러한 계면은 덴드라이트 성장을 촉진할 수 있다.

덴드라이트, 즉 수지상 결정은 자연계에서 흔히 볼 수 있는 나뭇가지 모양의 독특한 결정 구조이다. 눈송이의 복잡한 무늬나 얼어붙은 유리창에 생기는 성에 모양 등이 대표적인 예시다. 이러한 덴드라이트 형성은 과학의 여러 분야, 특히 재료 과학, 물리학, 화학 등에서 중요한 연구 주제로 다루어진다.

덴드라이트는 주로 액체나 기체가 고체로 변하는 상전이 과정에서, 특히 과냉각이나 과포화 상태와 같이 열역학적으로 불안정한 조건에서 형성된다. 이 과정에서 결정의 특정 부분이 주변보다 빠르게 성장하면서 복잡한 가지 구조를 만들어낸다. 이러한 성장은 원자나 분자 수준에서 고체와 액체(또는 기체) 사이의 계면 상태와 밀접한 관련이 있다. 계면의 거칠기나 에너지 상태 등 미시적인 요인들이 덴드라이트의 최종 형태에 영향을 미친다.

덴드라이트의 형성 메커니즘과 그 특성을 이해하는 것은 금속의 응고 과정을 제어하거나 새로운 기능성 재료를 개발하는 데 필수적이다. 또한, 미세 중력 환경에서의 실험, 컴퓨터 시뮬레이션(페이즈 필드법 등)을 이용한 예측 모델 개발, 고생물학에서의 가화석 판별 등 다양한 과학적 탐구가 이루어지고 있다.

6. 1. 미세 중력 실험

NASA는 등온 덴드라이트 성장 실험(Isothermal Dendritic Growth Experiment, IDGE)을 통해 덴드라이트 성장을 연구했다. 이 실험은 재료 과학 분야의 응고 실험으로, 연구자들이 우주왕복선 임무 중 미세 중력 환경을 활용하여 액체 내 대류와 같은 중력의 영향을 배제하고 덴드라이트 성장을 관찰하기 위해 수행되었다.^[7]

미세 중력 상태에서는 대류가 거의 일어나지 않으므로, 결정 성장이 더 용이해진다.^[12] IDGE 실험 결과는 낮은 과냉각(최대 1.3 K) 상태에서도 대류 효과가 상당히 크다는 것을 보여주었다. 미세 중력 환경에서의 성장과 비교했을 때, 지구의 정상 중력 하에서는 덴드라이트 끝부분(팁)의 성장 속도가 최대 몇 배 더 빠른 것으로 나타났다.^[8]

또한, 요코하마 국립 대학 등이 참여한 연구팀은 철(Fe)과 사마륨(Sm)을 혼합하여 녹인 물질을 미세 중력 공간에서 냉각시키는 실험을 진행했다. 그 결과, 열 대류에 의한 균질화가 잘 일어나지 않아 SmFe₂라는 특이한 비율의 합금이 생성되었고, 이것이 평면 덴드라이트 형태로 성장하는 것을 발견했다.^[12]

이처럼 덴드라이트 생성 메커니즘은 복잡하지만, 최근에는 페이즈 필드법을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 실제와 유사한 형태를 재현하는 연구가 이루어지고 있다.^[9]

6. 2. 페이즈 필드법

덴드라이트의 생성 기구는 복잡하지만, 페이즈 필드법을 사용한 컴퓨터 시뮬레이션으로 비교적 현실에 가까운 형태를 재현할 수 있게 되었다.^[9]

6. 3. 고생물학

thumb의 덴드라이트 예시]]

고생물학에서 나뭇가지 모양의 광물 결정 형태는 종종 화석으로 오인된다. 이러한 가화석은 암석의 자연적인 틈이 광물 용액의 침투로 채워지면서 형성된다. 이는 망간과 철이 풍부한 물이 석회암 및 기타 암석 유형의 층 사이의 균열과 층리면을 따라 흐르면서 용액이 통과하면서 나뭇가지 모양의 결정을 침전시킬 때 형성된다. 다음과 같은 다양한 망간 산화물 및 수산화물이 관여한다.^[6]

버네사이트 (Na₄Mn₁₄O₂₇•9H₂O)
코로나다이트 (PbMn₈O₁₆)
크립토멜레인 (KMn₈O₁₆)
홀란다이트 (BaMn₈O₁₆)
로마네치테 ((Ba,H₂O)Mn₅O₁₀)
토도로키테 ((Ba,Mn,Mg,Ca,K,Na)₂Mn₃O₁₂•3H₂O) 등.

3차원 형태의 덴드라이트는 석영의 틈에서 발달하여 이끼 마노를 형성한다.

반대로 과거에는 필석류와 같은 고생물이 가화석으로 오인되기도 했다.

참조

_[1] 논문 Modeling and numerical simulations of dendritic crystal growth
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_[9] 문서 界面の不安定性、共晶成長(PDF) http://ist.ksc.kwans[...]
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_[12] 간행물 凝固WG活動報告(PDF) http://surc.isas.ac.[...]
_[13] 논문 リチウムの電析形態に関する考察 https://doi.org/10.1[...] 九州大学機能物質科学研究所 1997-12
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_[15] 웹사이트 What are manganese dendrites? http://minerals.calt[...] caltech.edu
_[16] 웹사이트 電気化学研究室 http://www.chem.t-ko[...] 東京工芸大学

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