투과

물리학과 공학에서 침투(임부잉이라고도 함)는 고체를 통해 침투하는 액체(액체, 가스 또는 증기와 같은 유체)입니다.투과물의 농도 구배, 물질의 고유 투과성, 물질의 질량 확산도와 직접적으로 관련이 있다.투과율은 Fick의 확산 법칙과 같은 방정식으로 모델링되며, 미니 퍼미터와 같은 도구를 사용하여 측정할 수 있습니다.

묘사

투과 과정은 막이나 계면을 통해 투과성이라고 불리는 분자의 확산을 포함한다.침투는 확산을 통해 이루어집니다. 침투제는 계면을 통해 고농도에서 저농도로 이동합니다.재료는 반투과성 막의 존재와 함께 반투과성일 수 있다.특정 성질을 가진 분자 또는 이온만이 이러한 막을 통해 확산될 수 있습니다.이것은 혈관 내부의 액체가 조절되고 통제되어야 하는 생물학에서 매우 중요한 메커니즘이다.금속, 세라믹 및 폴리머를 포함한 대부분의 재료를 통해 침투가 발생할 수 있습니다.그러나 금속은 결정구조와 다공성 때문에 세라믹이나 폴리머보다 투과율이 훨씬 낮다.

투과성은 높은 투과성으로 인해 많은 폴리머 애플리케이션에서 신중하게 고려해야 하는 사항입니다.투과성은 상호작용의 온도와 폴리머 및 투과성 성분의 특성에 따라 달라집니다.흡착 과정을 통해 투과성 분자는 계면에서 흡수 또는 탈착될 수 있다.물질의 투과율은 특정 물질을 통해 물질의 투과성을 정량화하는 다양한 방법을 통해 측정할 수 있다.

확산에 의한 투과율은 SI 단위 mol/(m·s·Pa)로 측정되지만 바러도 일반적으로 사용된다.다공질 고형물의 유체 흐름에 의한 확산에 의한 투과성은 ^[1]^[2]다공질 고형물에 의한 투과성(지구과학)과 혼동해서는 안 된다.

역사

아베 장 앙투아네 놀레 (물리학자, 1700~1770)

놀렛은 와인 용기를 돼지 방광으로 밀봉하여 물속에 저장하려고 했다.잠시 후 방광이 바깥쪽으로 불룩해졌다.그는 방광을 뚫은 후 방출되는 고압을 알아차렸다.호기심에 그는 실험을 반대로 했다: 그는 용기에 물을 채우고 와인에 저장했다.그 결과 방광 안쪽이 불룩해졌다.이 실험에 대한 그의 메모는 투과성에 대한 첫 번째 과학적 언급이다.

토마스 그레이엄 (화학자, 1805년-1869년)

그레이엄은 현재 그레이엄의 법칙으로 알려진 분자량에 대한 가스 확산의 의존성을 실험적으로 증명했다.

리처드 배러(1910~1996년)

Barrer는 현대적인 Barrer 측정 기술을 개발하였고, 최초로 투과율을 측정하기 위한 과학적 방법을 사용했습니다.

일상생활에 스며들다

패키징:포장의 투과성(재료, 씰, 클로저 등)은 포장 내용물의 민감도 및 지정된 저장 수명과 일치해야 한다.일부 패키지는 거의 밀폐된 씰이 있어야 하며, 다른 패키지는 선택적으로 투과될 수 있어야 합니다(때로는 그래야 합니다).따라서 정확한 투과율에 대한 지식은 필수적이다.

연료 전지 구성

타이어: 타이어 공기압은 가능한 한 천천히 감소해야 합니다.좋은 타이어는 가장 적은 양의 가스가 빠져나갈 수 있는 타이어입니다.타이어와 함께 시간이 지남에 따라 침투가 발생하므로, 가장 효율적인 타이어를 만들기 위해서는 원하는 가스로 타이어를 구성하는 소재의 투과성을 아는 것이 가장 좋습니다.
단열재:절연재의 수증기 투과성은 도체를 부식으로부터 보호하기 위해 해저 케이블에도 중요하다.
연료 전지:자동차에는 고분자 전해질막(PEM) 연료전지가 장착돼 대기 중 수소연료와 산소를 변환해 전기를 생산한다.하지만 이 전지들은 약 1.16볼트의 전기를 생산한다.차량에 전력을 공급하기 위해 여러 셀을 스택 형태로 배치한다.스택의 출력은 개별 연료 전지의 수와 크기에 따라 달라집니다.
열가소성 플라스틱 및 열경화성 배관: 물을 고압으로 운반하기 위한 배관은 파이프 벽을 통해 파이프 외부 표면으로 물이 침투하는 것이 감지되는 경우 고장난 것으로 간주할 수 있습니다.
의료용도: 투과성은 약물 전달의 의료 분야에서도 볼 수 있습니다.고분자 물질로 구성된 약제 패치는 용해도를 넘어 적재된 후 접촉을 통해 체내에 전달되는 화학 저장고를 포함합니다.화학물질이 체내에 방출되기 위해서는 농도 구배에 따라 고분자막을 통해 침투 및 확산되어야 한다.저장소의 과도한 용해성으로 인해 약물의 수송은 버스트 및 지연 메커니즘을 따릅니다.패치가 피부에 닿으면 약물의 전달 속도가 높지만 시간이 지날수록 농도 구배가 형성되어 일정한 속도로 약물의 전달이 정착된다.이것은 약물 전달에 매우 중요하며 Ocusert System과 같은 경우에 사용됩니다.하지만 의학 분야에서도 그 반대의 경우를 발견할 수 있다.앰플은 주입 시 매우 민감한 의약품을 포함할 수 있으므로 사용된 물질이 의약품에 유입되거나 약품에서 증발하는 것을 방지하는 것이 중요합니다.이를 위해 앰플은 종종 유리로 만들어지지만 합성 물질로 만들어지지 않는다.
기술적 용도:할로겐 램프를 생산할 때 할로겐 가스는 매우 세밀하게 캡슐화되어야 합니다.알루미늄 규산염 유리는 가스 캡슐화의 완벽한 장벽이 될 수 있습니다.따라서 전극으로의 이행이 매우 중요하다.하지만 유리 본체와 금속의 열팽창이 일치하기 때문에 전환이 잘 되고 있습니다.

투과 측정

스위프 가스에 의한 투과 측정

막과 막의 투과율은 모든 가스 또는 액체로 측정할 수 있습니다.한 가지 방법은 테스트 필름에 의해 분리된 중앙 모듈을 사용한다. 즉, 테스트 가스는 셀의 한쪽에서 공급되고 투과 가스는 스위프 가스에 의해 검출기로 운반된다.오른쪽 그림은 보통 스테인리스강과 같은 금속으로 만들어진 필름의 테스트 셀을 보여줍니다.사진은 Liebig 콘덴서와 유사한 유리로 만들어진 파이프의 테스트 셀을 보여준다.시험매체(액체 또는 기체)는 내측 흰색 파이프에 위치하며, 투과액은 파이프와 유리벽 사이의 공간에 수집된다.스위프 가스(상부 및 하부 조인트에 연결)에 의해 분석 장치로 운반됩니다.

투과율은 간헐적 접촉을 통해 측정할 수도 있습니다.이 방법은 특정량의 시험용 화학물질을 첨가 또는 제거하면서 투과성이 관찰되는 물질의 표면에 시료를 채취하여 놓는 것이다.알려진 시간이 경과한 후 재료를 분석하여 구조 전체에 존재하는 테스트 화학물질의 농도를 구합니다.재료에 화학물질이 들어간 시간과 시험물질의 분석과 함께 시험물질의 누적투과율을 결정할 수 있다.

아래 표는 실리콘막을 통해 특정 가스의 투과율 계수를 계산한 예입니다.

가스명	화학식	실리콘 투과율(배러)*
산소	오₂	600
수소	H₂	650
이산화탄소	CO₂	3250
메탄올	쵸우₃	13900
물.	호₂	36000

* 1 바러 = 10cm⁻¹⁰³ (STP) · cm / cm² · s · cm - Hg

달리 명시되지 않은 한 투과율은 W. L. Robb가 아닌 25°C(RTP)에서 측정하여 보고한다.얇은 실리콘 막 – 투과 특성 및 일부 용도.뉴욕 과학 아카데미 연보, 제146권, 제1호(1968년 1월) 제1호 자료 in, 페이지 119–137

픽의 제1법칙을 이용한 근사법

고체를 통과하는 투과물의 플럭스 또는 질량의 흐름은 픽의 제1법칙에 의해 모델링될 수 있습니다.

디스플레이 스타일입니다.J=-D{\frac {\frac \phi }{\frac x}}{\bigg}}}

이 방정식은 기본적인 문제에 사용될 수 있는 매우 간단한 공식으로 수정되어 막을 통한 투과에 근접할 수 있습니다.

디스플레이 스타일입니다.}J=-D{\frac {(C_{2}-C_{1}}}{\delta }}{\bigg}.}}

어디에

J $(\displaystyle$ J $)$ 는 $J$ "확산 플럭스"입니다.
$(\displaystyle \,D)$ 는 $\,D$ 확산 계수 또는 질량 확산도입니다.
$(\displaystyle$ C $)$ 는 $C$ 투과물의 농도입니다.
$§$ (\displaystyle $\,\$ display $)$ 는 $\,\delta$ 막 두께입니다.

압력( $p$ \ $displaystyle$ p $p$ )과 C \ $displaystyle$ C $C$ 사이의 $비례$ 상수인 흡착 평형 파라미터를 나타내는 이 방정식에S \ $displaystyle$ S 를 $S$ $S$ 할 수 있다.이 관계는 C $C=Sp$ $C=Sp$ p(\ $displaystyle C=$ Sp $C=Sp$ 로 나타낼 수 있습니다.

디스플레이 스타일입니다.}J=-D{\frac {S(p_{2}-p_{1}}}{\delta }}{\bigg}.}}

확산계수는 흡착평형 파라미터와 조합하여 방정식의 최종 형태를 얻을 수 있으며, $P$ 서P {\ $display$ P $}$ 는 $P$ 막의 투과율이다. $P=SD$ 는 P $P=SD$ $P=SD$ D(\ $displaystyle$ P $=SD)$ 입니다.

디스플레이 스타일입니다.}J=-{\frac {P(p_{2}-p_{1}}}{\delta }}{\bigg}.}}

금속 내 가스의 용해성

실제 적용에서 금속 투과 가스를 볼 때 가스 압력을 농도와 연관시키는 방법이 있습니다.많은 기체가 기체상에 있을 때는 이원자 분자로 존재하지만, 금속에 침투할 때는 단일한 이온 형태로 존재합니다.시버트의 법칙은 2원자 분자의 형태로 금속에서 가스의 용해성은 가스의 부분 압력의 제곱근에 비례한다고 말한다.

이 경우 플럭스는 다음 방정식으로 근사할 수 있다.

디스플레이 스타일입니다.}J=-D{\frac {(S_{1}-S_{2}}}{\delta }}{\bigg}.}}

반응 평형 상수를 나타내는 이 방정식에 K $(\displaystyle$ K $)$ 를 $K$ $K$ 할 수 있습니다. $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ p N $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ { $displaystyle$ S = { $K$ { \ $sqrt$ { $p$ _ { $N$ } } $S={K{\sqrt {p_{N}}}}$ } 。

디스플레이 스타일입니다.}J=-D{\frac {K({\sqrt {p_{1}})-{\paramrt {p_{2}}}}}{\param }}{\bigg}}.}}

확산계수는 반응균형상수와 조합하여 방정식의 최종 형태를 얻을 수 있으며, $P$ 서 P $(\displaystyle$ P $)$ 는 $P$ 막의 투과율이다. $P=KD$ 는 P $P=KD$ $P=KD$ D(\ $displaystyle$ P $=KD)$ 입니다.

디스플레이 스타일입니다.}J=-{\frac {P({\sqrt {p_{1}})-{\sqrt {p_{2}}}}}{\frac }}{\bigg}}.}}

「」를 참조해 주세요.

수분증기 투과율 – 수증기가 물질을 통과하는 정도를 측정함
산소 투과율
이산화탄소 전송률
밀폐 씰 – 기밀 씰
유청, 우유 투과라고도 함 – 우유가 응고되고 거른 후 남은 액체
투과성(지구과학)

레퍼런스

^ 칼리, 제임스 F.휘팅턴의 플라스틱 사전.CRC Press, 1993.
^ Carley, James F. (8 October 1993). Whittington's Dictionary of Plastics, Third Edition. CRC Press. ISBN 9781566760904. Retrieved 20 September 2017 – via Google Books.
^ Robb, W. L. (1968). "Thin Silicone Membranes-Their Permeation Properties and Some Applications". Annals of the New York Academy of Sciences. 146 (1): 119–137. Bibcode:1968NYASA.146..119R. doi:10.1111/j.1749-6632.1968.tb20277.x. PMID 5238627. S2CID 28605088.

추가 정보

Yam, K. L., 패키징 테크놀로지 백과사전, John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-470-08704-6
Massey, L K, 플라스틱과 엘라스토머의 투과성 특성, 2003, Andrew Publishing, ISBN 978-1-884207-97-6
ASTM F1249 변조적외선센서를 이용한 플라스틱 필름 및 시트에 의한 수증기 투과율 표준시험방법
ASTM E398 동적 상대습도 측정을 이용한 시트재의 수증기 투과율 시험방법
ASTM F2298 동적 수분투과 셀을 이용한 의류재료의 수증기 확산저항 및 공기흐름저항 시험방법
F2622 다양한 센서를 이용한 플라스틱 필름 및 시트에 의한 산소 가스 투과율 표준 시험 방법
G1383: 간헐적 접촉 조건 하에서 방호복 소재를 통한 액체 및 가스 투과 표준 시험 방법.
"얇은 실리콘 막 – 그 투과 특성 및 일부 응용 프로그램", 뉴욕 과학아카데미 146, 제1호 재료 in, 페이지 119–137 W. L. 롭
약물 전달을 위한 제약 시스템, David Jones; Chien YW. 제2판뉴욕: Marcel Dekker, Inc; 1993년새로운 약물 공급 시스템.
O.V. 말리크, A.Yu. Golub, V.V. Teplyakov, "고분자 막 재료:영구 가스, 선형 저탄화수소 및 일부 유독 가스와 관련된 가스 투과성 매개변수의 예측에 대한 경험적 접근법의 새로운 측면", 콜로이드 및 인터페이스 과학, 제165권, 제1-2호, 2011년 5월 11일, 89-99쪽 doi:10.1016/j.cis.2010.004.
자유 체적 이론과 산체스-라콤베 상태 방정식, CheFEM 소프트웨어에 기초한 폴리머(및 그 합성물)의 질량 투과 예측.

[1] 칼리, 제임스 F.휘팅턴의 플라스틱 사전.CRC Press, 1993.

[2] Carley, James F. (8 October 1993). Whittington's Dictionary of Plastics, Third Edition. CRC Press. ISBN 9781566760904. Retrieved 20 September 2017 – via Google Books.

[3] Robb, W. L. (1968). "Thin Silicone Membranes-Their Permeation Properties and Some Applications". Annals of the New York Academy of Sciences. 146 (1): 119–137. Bibcode:1968NYASA.146..119R. doi:10.1111/j.1749-6632.1968.tb20277.x. PMID 5238627. S2CID 28605088.

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역사

아베 장 앙투아네 놀레 (물리학자, 1700~1770)

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리처드 배러(1910~1996년)

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