불화리튬

불화리튬(Lithium fluoride)

불화리튬 분말

불화리튬(Lithium fluoride)

불화리튬(Lithium fluoride)은 화학식 LiF를 갖는 무기 화합물이다. 결정 크기가 감소함에 따라 흰색으로 변하는 무색 고체이다. 무취이지만 불화리튬은 씁쓸한 식염수 맛이 난다. 그 구조는 염화나트륨의 구조와 유사하지만 물에 훨씬 덜 녹는다. 주로 용융염의 성분으로 사용된다. 부분적으로는 Li와 F가 모두 가벼운 원소이고 부분적으로는 F₂가 반응성이 높기 때문에 원소에서 LiF를 형성하면 BeO에 이어 두 번째로 반응물 질량당 가장 높은 에너지 중 하나가 방출된다.

플루오르화리튬, 플루오린화리튬이라고도 불린다. 불화리튬은 광학유리, 리튬이차전지 전해액 원료로 사용된다.

성질

불화리튬(Lithium fluoride)은 화학식 LiF를 가지는 무기 화합물이며 플루오르화리튬이라는 이름으로도 불린다. 무색고체로 결정크기가 감소함에 따라 흰색으로 변한니다. 무취이지만 불화리튬은 쓴맛이 나며 염화나트륨(sodium chloride)의 구조와 유사ㅏ지만 물에 훨씬 덜 용해되며 주로 용융염(molten salt)의 성분으로 사용된다.

제조

불화리튬(LiF)은 수산화 리튬 또는 탄산리튬과 불화수소로 제조된다. Mark 50 torpedo 엔진과 같이 육불화황(sulphur hexafluoride)과 금속 리튬을 반응시켜 생성 가능하다. 육불화황(sulphur hexafluoride) 황 원자를 중심으로 플루오린 원자가 정팔면체 구조를 취하고 있는 화합물로 온실기체 중의 하나이다. 시약 비용이 높다는 단점이 존재하기 때문에 공업적 생산을 위해 이 방법을 추천하지 않는다.

응용

배터리용 헥사플루오로인산리튬의 전구체

불화리튬은 불화수소(HF) 및 오염화인과 반응하여 리튬이온배터리 전해질의 성분인 육불화인산리튬(Li[PF₆])을 만든다.

용융염

불소는 용융된 불화칼륨의 전기분해에 의해 생성된다. 이러한 전기분해는 전해질에 몇 퍼센트의 LiF가 포함되어 있을 때 더 효율적으로 진행되는데, 이는 탄소 전극에 Li-C-F 계면 형성을 촉진하기 때문일 수 있습니다. 유용한 용융염인 FLiNaK는 LiF와 불화나트륨 및 불화칼륨의 혼합물로 구성됩니다. 용융염 원자로 실험의 기본 냉각수는 FLiBe였습니다. 2LiF·BeF₂(LiF 66mol%, BeF₂ 33mol%).

광학

X선 분광 분석 법(X-ray spectrometry)

불화리튬(LiF)은 밴드 갭(band gap)이 크기 때문에 결정은 다른 어떤 재료보다 단파장 자외선에 투명하다. 따라서 불화리튬은 특수한 UV 광학에 사용된다. 그리고 X선 분광 분석 법(X-ray spectrometry)에서 회절 결정(diffracting crystal)으로도 응용된다. X선 분광 분석 법은 물질의 원소에 고유한 X선을 발생시켜 그 안에 존재하는 성분 원소나 화합물의 종류와 양을 판정하는 방법이다. 시료에 가속한 전자 빔으로 충격을 전달해 발생한 X선을 조사하는 X선 방출분광분석 법과 X선을 시료에 조사하여 2차 X선 형광분석 법이 있다.

방사선 검출기

또한 감마선 베타 입자 및 중성자로부터 전리 방사선(ionizing radiation) 노출을 기록하는 수단으로도 사용된다(간접적으로 63Li(n, alpha)핵반응) 열 발광 선량계에서 96 %까지 농축된 6LiF 나노 분말은 미세 구조 반도체 중성자 검출기(MSND)의 중성자 반응성 백필(backfill) 재료로 이용된다.

원자로

불화리튬(일반 동위원소인 리튬-7이 많이 풍부함)은 액체-불화물 원자로에 사용되는 선호되는 불화물염 혼합물의 기본 구성 요소를 형성한다. 일반적으로 불화리튬은 불화베릴륨과 혼합되어 우라늄과 토륨의 불화물이 도입되는 기본 용매(FLiBe)를 형성한다. 불화리튬은 화학적으로 매우 안정적이며 LiF/BeF₂ 혼합물(FLiBe)은 녹는점이 낮고(360~459°C 또는 680~858°F) 반응기 사용에 적합한 불화물 염 조합의 중성자 특성이 가장 좋습니다. MSRE는 두 개의 냉각 회로에 서로 다른 두 가지 혼합물을 사용했다.

PLED 및 OLED용 음극

불화리튬은 PLED 및 OLED에서 전자 주입을 향상시키기 위한 결합층으로 널리 사용된다. LiF 층의 두께는 일반적으로 약 1nm이다. LiF의 유전 상수(또는 상대 유전율, ε)는 9.0이다.

자연발생

자연적으로 발생하는 불화리튬은 극히 희귀한 광물인 그라이사이트(griceite)로 알려져 있다.

참고자료

• "Lithium fluoride", Wikipedia
• 군자란, 〈불화리튬〉, 《네이버 블로그》, 2023-08-22
• GoodFellow, 〈불화리튬Lithium fluoride 소재와 개발〉, 《네이버 블로그》, 2020-10-13
• 주식회사 어벤션, 〈<플루오린화리튬> Lithium fluoride/CAS 7789-24-4 〉, 《네이버 블로그》, 2019-04-19
• 김준호 기자, 〈폐기물서 탄산리튬·불화리튬 등 99% 순도 소재 뽑아낸다〉, 《연합뉴스》, 2022-11-02

같이 보기

• 탄산리튬
• 불화수소
• 수산화리튬
• 염화나트륨
• 용융염
• 육불화황

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