쌍정
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
쌍정은 동일한 광물의 두 개 이상의 결정이 대칭적인 상호 성장을 보이는 현상으로, 결정 구조의 고정된 관계를 나타내는 '쌍정 작용'에 의해 정의된다. 쌍정은 쌍정 법칙에 따라 반사, 회전, 반전 연산을 통해 결정 부분 사이의 방향을 정의하며, 접합쌍정, 관입쌍정, 다중쌍정, 순환쌍정 등 다양한 유형으로 나타난다. 쌍정은 생장, 열처리, 변형 과정에서 형성되며, 수정, 장석, 휘석, 석고 등 다양한 광물에서 관찰된다.
더 읽어볼만한 페이지
| 쌍정 | |
|---|---|
| 결정 쌍정 | |
 | |
| 설명 | 두 개의 개별적인 결정이 결정격자의 일부 점을 대칭적으로 공유하는 것 |
| 분류 | |
| 접합면 쌍정 | 쌍정면을 따라 두 개의 결정이 접합함 접합면 쌍정은 회전쌍정과 반전쌍정으로 나뉨 |
| 관입 쌍정 | 두 결정이 서로 관입함 관입 쌍정의 예: 정방정계와 사방정계에서 자주 나타나는 십자 쌍정 |
| 접합면 쌍정 예시 | 운모 사장석 석영 정장석 금홍석 |
| 관입 쌍정 예시 | 석고 방해석 강옥 석영 |
| 쌍정의 형성 원인 | |
| 변형 쌍정 | 변형으로 인해 발생하는 쌍정 |
| 성장 쌍정 | 결정 성장 과정에서 발생하는 쌍정 |
| 변환 쌍정 | 고온에서 저온으로 상전이할 때 발생하는 쌍정 |
| 쌍정의 효과 | |
| 거시적 효과 | 결정의 모양과 대칭성을 변화시킴 결정의 강도를 변화시킴 |
| 미시적 효과 | 결정의 결정구조에 결함을 유발함 재료의 특성에 영향을 줌 |
| 쌍정의 중요성 | |
| 지질학 | 광물의 형성 조건 및 과정 파악 |
| 재료 과학 | 재료의 특성 제어 및 개선 결정 성장 연구 |
2. 쌍정의 정의 및 기본 원리
쌍정(Twinning)은 동일한 광물의 두 개 이상의 인접한 결정이 대칭적인 상호 성장을 보이는 현상이다. 이는 광물 입자들이 무작위로 상호 성장하는 일반적인 경우와는 다르다. 쌍정에서는 두 결정 부분의 상대적인 방향이 광물 구조의 특징인 고정된 관계를 보이며, 이를 '쌍정 작용(twin operation)'이라고 하는 대칭 조작에 의해 정의된다.[1][2]
쌍정 법칙은 쌍정 결정 부분 사이의 방향을 정의하는 대칭 연산으로, 결정면 각과 마찬가지로 광물의 특징적인 성질이다.[1][2] 예를 들어, 스타우롤라이트 결정은 거의 정확히 90도 또는 30도의 각도로 쌍정을 이룬다.[4]
단순 쌍정은 접합쌍정과 관입쌍정으로 나눌 수 있다. 접합쌍정은 단일 조성면에서 만나 경계를 사이에 두고 거울상으로 나타나는 경우가 많다. 사장석, 석영, 석고, 자철석 등이 이에 해당한다.[4] 관입쌍정은 개별 결정이 대칭적인 방식으로 서로 "관통하는" 것처럼 보이는 형태이다.[4] 정장석, 사우롤라이트, 황철석, 형석 등이 관입쌍정을 보인다.[2]
쌍정 결정의 형성 방식에는 세 가지가 있다.
쌍정 작용은 쌍정되지 않은 결정 구조의 일반적인 대칭 작용 중 하나가 아니다. 예를 들어, 쌍정 작용은 단결정의 대칭면이 아닌 면에 대한 반사일 수 있다.[1][2]
미시적 수준에서 쌍정 경계는 두 방향 사이에서 공유되는 결정 격자 내의 일련의 원자 위치를 특징으로 한다.[1][2] 이러한 공유 격자점은 결정 부분 사이의 접합부에 무작위로 배향된 입자 사이보다 훨씬 큰 강도를 부여하여 쌍정된 결정이 쉽게 분리되지 않도록 한다.[4]
평행 성장(Parallel growth)은 정렬된 결정들의 군집의 모양을 생성하는 결정 성장의 형태를 설명하는데, 이는 쌍정으로 오인될 수 있다. 자세히 살펴보면 이 군집은 실제로 단결정임을 알 수 있는데, 결정 격자가 군집 전체에 걸쳐 연속적이기 때문에 이것은 쌍정이 아니다. 평행 성장은 시스템 에너지를 감소시키기 때문에 발생할 가능성이 높다.
3. 쌍정 법칙
쌍정 법칙에는 반사, 회전, 반전 연산이 포함된다. 반사 쌍정은 쌍정면의 밀러 지수(즉, {hkl})로 설명되는 반면, 회전 쌍정은 쌍정축의 방향(즉,
결정 부분 사이의 경계를 조성면(composition surface)이라고 하며, 평면인 경우 조성면(composition plane)이라고 한다. 조성면은 반사 법칙의 쌍정 법칙 면과 평행하지만 항상 그런 것은 아니다. 이 경우 쌍정면은 항상 가능한 결정면과 평행하다.[2]
3. 1. 주요 쌍정 법칙
등축정계에서 가장 흔한 쌍정 유형은 스피넬 법칙(쌍정면, 팔면체에 평행) <111>(쌍정축은 팔면체 면에 수직)과 두 개의 황철석형십이면체(이는 십이면체의 하위 유형)가 서로 관입하는 철십자 <001>이다.
육방정계에서는 방해석이 접촉쌍정 법칙 {0001}과 {0112}를 보인다. 석영은 변형에 의해 생성되는 관입쌍정인 브라질 법칙 {1120}과 도피네 법칙 <0001>, 그리고 성장 과정에서 발생하는 사고에 의해 자주 발생하는 일본 법칙 {1122}을 보인다.
정방정계에서는 루틸(이산화타이타늄)과 카시테라이트(산화주석)과 같이 순환 접촉쌍정이 가장 일반적으로 관찰되는 쌍정 유형이다.
사방정계에서는 결정이 보통 프리즘 면에 평행한 면에서 쌍정을 이루는데, 가장 흔한 것은 {110} 쌍정으로, 아라고나이트, 크리소베릴, 세루사이트와 같이 순환 쌍정을 생성한다.
단사정계에서는 마네바흐 법칙 {001}, 칼스바드 법칙 [001], 바베노 법칙 {021}이 정장석에서, 그리고 제비꼬리 쌍정(마네바흐 법칙) {001}이 석고에서 {100}과 {001}면에서 가장 자주 쌍정을 이룬다.
삼사정계에서는 사장석 광물인 사장석과 미사장석이 가장 일반적으로 쌍정을 이룬다. 이러한 광물은 알바이트 법칙과 페리클라인 법칙을 보인다.[3]
아래 표는 결정계별 가장 일반적인 쌍정 작용을 나타낸다. 특히 삼사정계와 같이 대칭성이 가장 낮은 결정계의 경우 이 목록은 완전하지 않다.계 법칙 작용 예시 삼사정계 알바이트 법칙
페리클라인 법칙
칼스바드 법칙
바베노 법칙
마네바흐 법칙{010}
<010>
<001>
{021}
{001}사장석 단사정계 칼스바드 법칙
바베노 법칙
마네바흐 법칙<001>
{021}
{001}
{100}
<031>
<231>정장석
석고
스타우롤라이트사방정계 {110}
{101}
{011}아라고나이트, 세루사이트; 종종 순환적 정방정계 {110}
{101}
{011}카시테라이트, 루틸 육방정계
브라질 법칙
도피네 법칙
일본 법칙{012}
{0001}
{101}
{110}
<0001>
{112}방해석
석영등축정계 스피넬 법칙
철십자 법칙<111>
{111}
{001}
<001>스피넬
황철석
4. 쌍정의 유형
접합쌍정은 반사 또는 회전에 의해 발생하지만, 관입쌍정은 주로 회전에 의해 생성된다.[2]
여러 개의 쌍정 결정 부분이 동일한 쌍정 법칙에 따라 정렬되는 경우를 '''다중쌍정''' 또는 '''반복쌍정'''이라고 한다. 다중쌍정이 평행하게 정렬되면 '''다중쌍정''', 평행하지 않으면 '''순환쌍정'''이다. 알바이트, 방해석, 황철석 등이 다중쌍정을 보인다. 밀접하게 간격을 둔 다중쌍정은 결정면에 조선 또는 미세한 평행선으로 나타나기도 한다. 순환쌍정은 회전축을 중심으로 반복되는 쌍정으로 발생하며, 루틸, 아라고나이트, 세루사이트, 크리소베릴 등에서 주로 방사상 패턴으로 나타난다.[4][2]
5. 쌍정의 형성 방식
6. 특정 광물에서의 쌍정
성장 과정에서 발생하는 쌍정에는 우연적으로 발생하는 쌍정과 쌍정 구조의 에너지가 더 낮은 경우, 두 가지 유형이 있다.
우연적 성장 쌍정의 경우, 원자가 결정면에 이상적인 위치보다 덜 이상적인 위치에 결합하여 쌍정의 성장을 위한 씨앗을 형성한다. 원래 결정과 그 쌍정은 함께 자라 서로 매우 유사하게 된다. 이는 특정 광물에서 특징적으로 나타나며, 빠른 성장 조건 하에서 열역학적 또는 동역학적으로 유리함을 시사한다.[4][1]
나노입자에서 발견되는 쌍정은 5중 또는 십면체 나노입자가 가장 일반적이다.[10] 이러한 순환 쌍정은 작은 크기에서 에너지가 더 낮기 때문에 발생한다.[11] 5중 쌍정의 경우, 공통 축을 따라 전위가 존재하며[12] 이는 추가적인 탄성 에너지를 유발한다.[13] 이를 상쇄하는 것은 표면 자유 에너지의 감소이며, 이는 주로 더 많은 (111) 표면 면 때문이다.[14] 작은 나노입자에서는 십면체 구조와 더 복잡한 이십면체 구조(20개의 단위로 구성)가 에너지가 더 낮지만, 더 큰 에너지에서는 단결정이 에너지가 더 낮아진다.[15][16] 그러나 단결정으로 변환될 필요는 없으며 매우 크게 성장할 수 있는데, 1831년 구스타프 로제(Gustav Rose)에 의해 기록된 파이브링(fiveling)이 그 예이다.[17] 더 많은 그림은 Atlas der Kristallformen에서 볼 수 있으며, 파이브링(fiveling)에 대한 기사도 참조한다.[18]
수정, 장석, 휘석, 석고 등에서도 쌍정이 발견된다.
6. 1. 수정의 쌍정
수정의 쌍정은 10여 종류가 있다고 알려져 있으며, 대표적인 것으로는 '''일본식쌍정''', '''도피네식쌍정''', '''브라질식쌍정''' 등이 있다.[23]
일본식쌍정은 두 개의 결정이 84°33′의 각도로 접합된 것이다. 그 모양 때문에 「평판식 부부수정」이라고도 불리며, 에도 시대에는 두 개의 결정이 적절하게 접합되어 안경으로 가공되기도 했다.
도피네식쌍정은 동축상에 쌍정이 되므로, 한눈에는 구별하기 어렵지만, 수정의 주면의 모서리에 작은 면이 생기는 경우가 있다. 이 면은 단결정의 경우에는 주면 하나씩 건너서 좌우 어느 한쪽에만 생길 수 있지만, 도피네식쌍정에서는 그 면이 주면마다 좌우 같은 방향으로 연속적으로 나타난다. 6면 모든 주면에 나타나는 것은 드물며, 한 곳이라도 연속적으로 나타나면 도피네식쌍정으로 인정된다.
브라질식쌍정도 동축식 쌍정이며, 주면의 모서리에 생기는 작은 면이 하나의 주면 위에 좌우 마주 보는 식으로 나타나므로 구별할 수 있다. 하지만 이것도 주면 하나씩 건너 3면 모두에 마주 보는 작은 면이 나타나는 것은 드물며, 하나의 면에서 확인하면 브라질식쌍정으로 인정해도 좋다.
도피네식쌍정은 우수정끼리 또는 좌수정끼리의 쌍정인 데 반해, 브라질식쌍정은 우수정과 좌수정이 합쳐진 쌍정이다.
6. 2. 장석의 쌍정
장석의 쌍정으로는, 입체쌍정인 '''칼스바드쌍정'''이나 결정이 겹치는 '''바베노쌍정''', 그 외 '''마네바흐쌍정''' 등이 있다.6. 3. 휘석과 석고의 쌍정
휘석이나 석고의 단결정은 평행사변형 모양을 하고 있으며, 쌍정은 이 결정의 중앙에서 세로 방향으로 거울을 세운 듯한, 시위 모양의 형태를 하고 있다.[1]
6. 4. 기타 쌍정
섬아연석, 방해석 등 사방정계 광물과 금홍석, 쿠바나이트 등은 3개의 결정이 조합되어 육각형의 쌍정을 만들기도 한다.
십자석, 휘십자비석(Phillipsite영어) 등은 두 개의 결정이 결합하여 십자형 쌍정을 만든다.
참조
[1]
서적
Introduction to mineralogy
Oxford University Press
2000
[2]
서적
Manual of mineralogy : (after James D. Dana)
Wiley
1993
[3]
웹사이트
Twinning, Polymorphism, Polytypism, Pseudomorphism
https://www.tulane.e[...]
Tulane University
2022-02-19
[4]
서적
Mineralogy for amateurs.
Van Nostrand
1964
[5]
서적
Macromolecular Crystallography Part A
1997
[6]
학술지
Crystal Structures and Synthesis of the Copper-Dominant Members of the Autunite and Meta-Autunite Groups: Torbernite, Zeunerite, Metatorbernite and Metazeunerite
2003-04-01
[7]
문서
2008
[8]
문서
2008
[9]
학술지
The recognition of plagioclase twins in sections normal to the composition plane
https://pubs.geoscie[...]
2022-02-19
[10]
학술지
Forty Years Study of Fivefold Twinned Structures in Small Particles and Thin Films
http://dx.doi.org/10[...]
1998
[11]
백과사전
Shape, thermodynamics and kinetics of nanoparticles
http://dx.doi.org/10[...]
Elsevier
2023-07-11
[12]
학술지
Partial disclinations
https://iopscience.i[...]
1972
[13]
학술지
Elastic strains and the energy balance for multiply twinned particles
http://www.tandfonli[...]
1984
[14]
학술지
Surface structure and energetics of multiply twinned particles
http://www.tandfonli[...]
1984
[15]
학술지
Structural properties of nanoclusters: Energetic, thermodynamic, and kinetic effects
https://link.aps.org[...]
2005
[16]
학술지
Decahedra and Icosahedra Everywhere: The Anomalous Crystallization of Au and Other Metals at the Nanoscale
https://onlinelibrar[...]
2023
[17]
학술지
Ueber die Krystallformen des Goldes und des Silbers
https://onlinelibrar[...]
1831
[18]
서적
Atlas der Kristallformen, V4, Plates
https://hdl.handle.n[...]
Carl Winters Universitätsbuchhandlung
1918
[19]
학술지
Deformation Twinning in Metals and Alloys
1973-06
[20]
학술지
Texture evolution via combined slip and deformation twinning in rolled silver–copper cast eutectic nanocomposite
2011-01
[21]
서적
Mechanical Behavior of Materials
McGraw Hill
2000
[22]
학술지
Synthesis and modelling of the mechanical properties of Ag, Au and Cu nanowires
[23]
학술지
Revealing the strain-hardening behavior of twinning-induced plasticity steels: Theory, simulations, experiments
[24]
학술지
Deformation twinning
https://linkinghub.e[...]
1995
[25]
학술지
In-situ neutron diffraction characterization of temperature dependence deformation in α-uranium
2018-04
[26]
학술지
The theory of the crystallography of deformation twinning
https://royalsociety[...]
1965-10-26
[27]
학술지
Twinned crystals
1954-10
[28]
학술지
Variant selection criterion for twin variants in titanium alloys deformed by rolling
https://hal-cnrs.arc[...]
2012-05
[29]
서적
The Theory of Transformations in Metals and Alloys
Elsevier
2002
[30]
학술지
Nucleation and growth of { 11{{overline|2}}2 } twins in titanium: Elastic energy and stress fields at the vicinity of twins
2018-10
[31]
학술지
On the nucleation and growth of {112¯2} twin in commercial purity titanium: In situ investigation of the local stress field and dislocation density distribution
2016-11-01
[32]
학술지
Beyond initial twin nucleation in hcp metals: Micromechanical formulation for determining twin spacing during deformation
2017-07
[33]
학술지
Twin nucleation and variant selection in Mg alloys: An integrated crystal plasticity modelling and experimental approach
https://eprints.whit[...]
2020-12-01
[34]
학술지
A three-dimensional mechanistic study of the drivers of classical twin nucleation and variant selection in Mg alloys: A mesoscale modelling and experimental study
2021-08-01
[35]
학술지
Effect of local stress fields on twin characteristics in HCP metals
2016-09-01
[36]
논문
Growth Twins and Deformation Twins in Metals
2014-07-01
[37]
논문
On the mechanistic basis of deformation at the microscale in hexagonal close-packed metals
2015-06-08
[38]
논문
Three-dimensional character of the deformation twin in magnesium
2019-07-25
[39]
논문
Twinning and the ductility of magnesium alloys: Part I: "Tension" twins
2007-08-25
[40]
논문
Numerical study of the stress state of a deformation twin in magnesium
2015-02-01
[41]
논문
J-integral analysis of the elastic strain fields of ferrite deformation twins using electron backscatter diffraction
https://ora.ox.ac.uk[...]
2021-10-01
[42]
논문
On the microtwinning mechanism in a single crystal superalloy
2017-08-15
[43]
논문
Deformation Twinning in Metals and Alloys
1973-06-01
[44]
논문
Statistical analyses of deformation twinning in magnesium
2010-05-28
[45]
논문
A dislocation-based model for twin growth within and across grains
2018-02-28
[46]
논문
Deformation twinning in face-centred cubic metals
1961-03-01
[47]
논문
Load sharing between austenite and ferrite in a duplex stainless steel during cyclic loading
2000-06-01
[48]
논문
Fatigue crack propagation mechanisms in a thermally aged duplex stainless steel
1994-06-15
[49]
논문
Deformation twinning
1995-01-01
[50]
논문
Emissary dislocations: Theory and experiments on the propagation of deformation twins in α-iron
1962-08-01
[51]
논문
Etch-Pit Observations Concerning Twins in Iron and Iron Alloys
1964-12-01
[52]
논문
Growth of {11{{overline|2}}2} twins in titanium: A combined experimental and modelling investigation of the local state of deformation
2017-03-01
[53]
논문
Interaction of cracks with dislocations in couple-stress elasticity. Part I: Opening mode
2017-07-01
[54]
논문
Statistical analysis of twin/grain boundary interactions in pure rhenium
2019-07-01
[55]
논문
Interface structures and twinning mechanisms of twins in hexagonal metals
2017-11-03
[56]
논문
Phase field modeling of defects and deformation
2010-02-01
[57]
논문
The force on an elastic singularity
https://royalsociety[...]
1951-11-06
[58]
논문
A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks
https://asmedigitalc[...]
1968-06-01
[59]
논문
The electron microscopy of deformation twinning
1964-07-01
[60]
문서
물리소사전
[61]
문서
광사전 제6판
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com