고체의 확산 (6) - 이온재료와 고분자 재료에서의 확산

 

이번 포스팅에서는 이온재료와 고분자 재료에서의 

확산에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 이온 재료

이온재료의 경우 화합물에서 금속에 비해 확산을 알아보기 복잡합니다. 

그 이유는 이온성 재료는 반대전하를 가진 두 이온의 확산에 대하여 고려를 해주어야 하기 때문입니다.

그 특징을 살펴보면, 

1. 이온빈자리는 재료의 전기적 중성을 유지하기 위해 양이온에 음이온이 함께 쌍으로 생기게 됩니다.

2. 이온 빈자리는 전하량이 다른 동위원소가 들어오는 등 비화학량론 조성을 가진 화합물을 형성합니다. 

3. 전하량을 맞추기 위해  모 이온과 다른 원자가를 가진 치환형 불순물에 의해 이온 빈자리가 생성됩니다.

이렇듯 이온 재료의 확산에 있어서 전기적 특성은 떼어낼 수 없는 관계를 가지게 됩니다.

따라서 이런 전하가 있는 이온들을 확산시키는 전기장이 중요한 요소이고

결국 전기 전도도의 측정으로 이온재료의 확산계수를 얻을 수가 있습니다.

 

2. 고분자 재료

고분자 재료의 경우 사슬 구조를 띄고 있는데, 사슬 구조 내의 원자의 확산보다는 분자 사슬 사이의 외래 분자의 확산이 더 중요합니다. 이러한 외래 분자의 크기가 더 작을 수록 확산하기 쉬워지므로 빨리 확산이 됩니다.

확산속도는 비정질 부분에서 빠른데, 그 이유는 비정질 재료가 더 열린 구조를 하고 있기 때문입니다.

빗대어 설명하자면, 침입형 확산에서의 모 원자 사이의 거리가 더 넓은 것이지요.

고분자 막을 통한 확산에서 정상상태 확산의 경우 피크의 제 1법칙 (J = -D\(frac{dC}{dx}\) 을 조금 수정하여

J = -\(P_M\frac{△P}{△x}\) 로 나타낼 수 있습니다.  -> J의 단위 = [(\(cm^3STP)/(cm^2*s)\)] 

\(P_M\) = 투과계수, △P = 양단의 압력차 △x=막의 두께

이때 투과계수는 확산계수와 용해도의 곱으로 나타낼 수 있습니다.