Calcium Carbonate (CaCO$_3$) has been studied for industrial and medical usage. For increasing efficiency, the enlargement of the surface area has been challenged. In previous studies, concentration, pressure, temperature, and additive addition have all been considered as the main parameter to manipulate the shape of CaCO$_3$. For direct observation of the effect of these parameters, liquid phase Transmission Electron Microscopy (LP-TEM) has been efficiently utilized. However, the initial phase of CaCO$_3$, Amorphous Calcium Carbonate (ACC) has not yet discovered all the mysteries like the hollowing mechanism of ACC.
Here, by utilizing LP-TEM, the crystallization process of CaCO$_3$ in high pH (9.75) conditions is observed. Furthermore, based on the analysis of the Selected Area Electron Diffraction (SAED) pattern and Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) data, the initial phase is determined to ACC-H2O and ACC. In conclusion, dehydration and solid-state phase transformation at the surface of ACC-H2O construct the ACC shell around the particle. And then, sequential process of dissolution / (re)precipitation of ACC-H2O fabricate hollow shape of ACC.
탄산 칼슘 (CaCO$_3$)은 산업 및 의료용으로 연구되어오고 있다. 이 물질의 효율성을 높이기 위해, 표면적의 확대를 위한 연구가 진행되고 있다. 이전 연구에서는 농도, 압력, 온도 및 첨가제의 첨가를 통해 탄산 칼슘의 형상조절의 매개변수로 사용되었다. 이러한 매개변수의 영향을 직접 관찰하기 위해 액상 투과전자 현미경이 효율적으로 사용되어 왔다. 그러나 탄산 칼슘의 초기 단계인 비정질 탄산 칼슘의 할로우 메커니즘을 규명하기 위해서는 더욱 더 정교한 연구가 필요하다.
본 학위 논문에서는, 실시간 액상 투과전자현미경을 활용하여 높은 pH 조건에서 탄산 칼슘의 결정화 과정을 관찰한다. 더 나아가 선택 영역 전자 회전 패턴과 전자 에너지 손실 스펙트럼 분석을 기반으로 초기에 형성된 상이 수화 비정질 탄산 칼슘과 비정질 탄산 칼슘임을 입증한다. 결론적으로, 수화 비정질 탄산 칼슘 표면이 탈수 및 고체상 변환을 통해 입자 주위에 비정질 탄산 칼슘 껍질을 구성하고, 이어지는 수화 비정질 탄산 칼슘의 용해/(재) 침전 과정을 통해 할로우 모양의 나노 입자를 형성하는 것을 규명한다.
