Abstract
The crystal structure of biotite-1M from Bancroft, Ontario, was determined by Rietveld refinement method using high-resolution neutron powder diffraction data at -26.3$^{\circ}C$, 2$0^{\circ}C$, 30$0^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, 90$0^{\circ}C$. The crystal structure has been refined to a R sub(B) of 5.06%-11.9% and S (Goodness of fitness) of 2.97-3.94. The expansion rate of a, b, c unit cell dimensions with elevated temperature linearly increase to $600^{\circ}C$. The expansivity of the c dimension is $1.61{\times}10^{40}C^{-1}$, while $2.73{\times}10^{50}C^{-1}$ and $5.71{\times}10^{-50}C^{-1}$ for the a and b dimensions, respectively. Thus, the volume increase of the unit cell is dominated by expansion of the c axis as increasing temperature. In contrast to the trend, the expansivity of the dimensions is decreased at 90$0^{\circ}C$. It may be attributed to a change in cation size caused by dehydroxylation-oxidation of $Fe^{2+}$ to $Fe^{3+}$ in vacuum condition at such high temperature. The position of H-proton was determined by the refinement of diffraction pattern at low temperature (-2.63$^{\circ}C$). The position is 0.9103${\AA}$ from the O sub(4) location and located at atomic coordinates (x/a=0.138, y/b=0.5, z/c=0.305) with the OH vector almost normal to plane (001). According to the increase of the temperature, $\alpha$* (tetrahedral rotation angle), $t_{oct}$ (octahedral sheet thickness), mean distance increase except 90$0^{\circ}C$ data. But the trend is less clearly relative to unit cell dimension expansion because the expansion is dominant to the interlayer. Also, ${\Psi}$ (octahedral flattening angle) shows no trends as increasing temperature and it may be because the octahedron (M1, M2) is substituted by Mg and Fe.
본 연구에서는 층상규산염광물 중 삼팔면체 운모족에 속하는 흑운모-1Μ 시료를 대상으로 중성자분말회절분석을 수행하였다. 분말회절분석기의 저온 및 고온 시료장치를 이용하여 -263$^{\circ}C$, 상온, 30$0^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, 90$0^{\circ}C$의 온도조건에서 중성자 회절자료를 취득하였으며 Rietveld법으로 구조분석을 실시하였다. 정밀화 지수 $R_{b}$는 5.06%-11.9%, S(Goodness of fitness)는 2.97~3.94로 수렴되었다. -263$^{\circ}C$부터 $600^{\circ}C$까지는 단위포상수 a, b, c가 온도의 증가에 따라서 팽창되는 경향을 뚜렷하게 관찰할 수 있었으며 90$0^{\circ}C$에서는 a와 b의 경우 오히려 감소하는 결과를 보여주었다. -263$^{\circ}C$~$600^{\circ}C$ 온도구간에서 c축의 팽창성은 a, b 축의 팽창성에 비하여 상대적으로 더 크며 이는 단위포의 부피증가가 이 온도 범위에서는 c축의 팽창에 의해 주도됨을 지시한다. 90$0^{\circ}C$에서 보이는 경향의 불일치성은 이 온도에서 탈수산기화-산화반응이 우세하게 발생함으로서 팔면체 구조내 $Fe^{2+}$ 이 $Fe^{3+}$ 로 산화되어 양이온 반경이 변화되었기 때문으로 해석된다. 저온조건(-263$^{\circ}C$)에서 결정된 수소원자의 위치는 O4자리로부터 0.9103$\AA$ 떨어져서 (x/a=0.138, y/b=0.5, z/c=0.305)의 위치에 존재하는 것으로 계산되었다. 각 온도조건에 대하여 사면체회전각($\alpha$*, 팔면체판 두께($t_{oct}$), M-O간 거리는 단위포축 팽창성 결과와 마찬가지로 90$0^{\circ}C$의 고온조건을 제외하고는 일반적으로 온도가 증가함에 따라서 $\alpha$*, $t_{oct}$, M-O간 거리가 증가하는 경향을 보이지만 그경향이 상대적으로 덜 분명하며, 온도변화에 따른 팔면체 형태변화의 경향은 보이지 않았는데, 이는 금운모 등과 달리 M1, M2 팔면체에는 Fe와 Mg가 치환되어 분포하고 있기 때문으로 해석된다.다.
