파이랄스파이트 가넷의 전자빔 조사 후의 분광 분석 연구

Abstract

파이랄스파이트 가넷으로 불리는 알만딘, 파이로프, 스페사르틴, 로돌라이트 가넷을 10MeV에 2ⅹ1017cm2 플루언스로 한 시간 동안 전자빔 조사를 시행하였다. 전자빔 조사 전과 조사 후를 비교하기 위해 자외선-가시광선 (UV-visible), 적외선(FT-IR) 스펙트럼을 측정하였다. 전자빔 조사 후 파이로프 가넷 샘플의 경우 Cr3+ 이온은 감소하였지만, Fe2+ 이온은 증가하였다. 스페사르틴 가넷 샘플의 경우 Mn2+ 이온은 감소하였고, Fe2+ 이온은 증가하였다. 파이로프 가넷과 스페사르틴 가넷을 전자 상자성 공명(Electron Paramagnetic Resonance: EPR)를 이용하여 전자빔 조사 전후의 변화를 비교하였다. 파이로프 가넷의 경우 2개의 피크가 측정되었는데, g~1.98 부근의 피크는 팔면체 구조에 위치한 Cr3+이온이었고, g~2.02 부근의 피크는 팔면체 구조에 위치한 Fe3+ 이온 때문이었다. 스페사르틴 가넷의 경우는 하나의 피크가 관찰되었는데, g~2.04 부근의 피크는 팔면체에 위치한 Fe3+ 이온이라고 간주하였다. EPR 스펙트럼에서 파이로프 샘플의 경우 팔면체 구조에 위치한 Cr3+와 Fe3+ 이온이 감소하였고, 스페사르틴 샘플의 경우 팔면체 구조에 위치한 Fe3+ 이온이 감소한 결과를 얻었다. UV-visible, FT-IR, EPR 스펙트럼의 결과를 종합한 결과 파이로프 가넷에서는 Cr3+ + Fe3+ → Cr4+ + Fe2+ 반응이 일어났으며, 스페사르틴 가넷에서는 Mn2+ + 2Fe3+ → Mn4+ + 2Fe2+ 반응이 일어났다고 결론 내렸다. 하지만 알만딘 가넷과 로돌라이트 가넷의 경우 전자빔 조사 전후의 UV-visible과 FT-IR 스펙트럼에 큰 변화가 관찰되지 않았다.