Poly (sodium 4-styrenesulfonate)/ 물 이성분용액의 초음파 음속 및 흡수계수측정 Ultrasonic Velocity and Absorption Measurements for poly (sodium 4-styrenesulfonate) and Water Solutions원문보기
Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액에 대한 3 MHz의 초음파 음속측정과 0.2-2.2 MHz의 범위에 대한 흡수계수를 측정하였다. 음속은 펄스법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 온도 10-90 ℃에 대하여 측정한 결과, 농도 25, 20, 15, 10, 5 wt%에 대한음속의 최대치 온도는 각각 55, 59, 63, 67, 71 ℃이였다. 흡수계수측정은 광 회절 초음파공명법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 20 ℃에서 행하였다. 그 결과, 200 kHz부근에서 고분자 chain의 부분운동에 의한 완화현상을, 1 MHz 부근에서는 술폰기 (SO₃)의 proton의 전이에 의한 완화현상을 각각 관측하였다. 흡수계수와 점성은 농도와 함께 증가하였으나 온도증가에 대해서는 감소하였다.
Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액에 대한 3 MHz의 초음파 음속측정과 0.2-2.2 MHz의 범위에 대한 흡수계수를 측정하였다. 음속은 펄스법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 온도 10-90 ℃에 대하여 측정한 결과, 농도 25, 20, 15, 10, 5 wt%에 대한음속의 최대치 온도는 각각 55, 59, 63, 67, 71 ℃이였다. 흡수계수측정은 광 회절 초음파공명법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 20 ℃에서 행하였다. 그 결과, 200 kHz부근에서 고분자 chain의 부분운동에 의한 완화현상을, 1 MHz 부근에서는 술폰기 (SO₃)의 proton의 전이에 의한 완화현상을 각각 관측하였다. 흡수계수와 점성은 농도와 함께 증가하였으나 온도증가에 대해서는 감소하였다.
Both ultrasonic velocity at 3 MHz and absorption coefficient in the frequency range of 0.2-2 MHz were measured for poly (sodium 4-styrenesulfonate) aqueous solution over the concentration range of 5 to 25 % by weight. Pulse echo overlap method was employed to measure the ultrasonic velocity over the...
Both ultrasonic velocity at 3 MHz and absorption coefficient in the frequency range of 0.2-2 MHz were measured for poly (sodium 4-styrenesulfonate) aqueous solution over the concentration range of 5 to 25 % by weight. Pulse echo overlap method was employed to measure the ultrasonic velocity over the temperature range of 10-90 ℃ and the high-a ultrasonic resonator method was used for the absorption coefficient measurement at 20 ℃. The velocity exhibited a maximum value at approximately 55. 59, 63. 67, and 71 ℃ in 25, 20. 15, 10. and 5 wt% solutions, respectively. The velocity increased with poly (sodium 4-styrenesulfonate) concentration at a given temperature. The concentrations dependences of the relaxation frequency and amplitude showed that the relaxation around 200 kHz is related to the structural fluctuations of polymer molecules, such as the segmental motions of the polymer chains and that around 1 MHz resulted from the proton transfer reaction of the oxygen sites of SO₃. Both the absorption and the shear viscosity increase with the Polymer concentration. but decrease with temperature.
Both ultrasonic velocity at 3 MHz and absorption coefficient in the frequency range of 0.2-2 MHz were measured for poly (sodium 4-styrenesulfonate) aqueous solution over the concentration range of 5 to 25 % by weight. Pulse echo overlap method was employed to measure the ultrasonic velocity over the temperature range of 10-90 ℃ and the high-a ultrasonic resonator method was used for the absorption coefficient measurement at 20 ℃. The velocity exhibited a maximum value at approximately 55. 59, 63. 67, and 71 ℃ in 25, 20. 15, 10. and 5 wt% solutions, respectively. The velocity increased with poly (sodium 4-styrenesulfonate) concentration at a given temperature. The concentrations dependences of the relaxation frequency and amplitude showed that the relaxation around 200 kHz is related to the structural fluctuations of polymer molecules, such as the segmental motions of the polymer chains and that around 1 MHz resulted from the proton transfer reaction of the oxygen sites of SO₃. Both the absorption and the shear viscosity increase with the Polymer concentration. but decrease with temperature.
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문제 정의
여기서 초음파 펄스는 평행하게 고정된 2개의 진동자 사이를 왕복하면서 감쇠가 일어나 제3, 제4 혹은 그 이상의 echo가 완전히 감쇄하지 않은 상태에서 다음의 펄스를 발생시키면 앞의 에코 펄스들과 간섭이 일어나 펄스의 형태가 변화하게 된다. 그래서 교류 발진기의 주파수를 액체의 흡수계수에 대응해서 분류기에서 적당한 분주율을 선택하여 이 영향이 나타나지 않도록 한다. 시간축 트리거의 주파수를 교류 발진기로 조절해서 제1펄스와 제2펄스의 파형이 겹쳐지도록 하면, 트리거의 주기는 초음파 펄스가 일회 왕복하는 시간과 같아진다.
제안 방법
Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액에 대한 초음파 측정을 농도 5-25 wt%, 온도 10-90 ℃의 비교적 넓은 범위에 대해 행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액에 대한 초음파 측정을 농도 5-25 wt%, 온도 10-90 ℃의 비교적 넓은 범위에 대해 행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
R. Esquivel-Sirvnt, S. S. Yun, and F. B. Stumpf 은 poly (sodium 4-styrenesulfonate)수용액에 대해 여러 가지의 농도와 25-45 ℃의 온도범위에서 초음파 음속측정을 행하였다(4).
2 MHz에 대한 흡수계수측정을 행하였다. 그 결과, 농도에 따른 음속의 최대치를 구하였고 고분자 분자의 운동에 의한 초음파 완화현상을 관측하였다. 음속의 최대치는 농도가 높을수록 낮은 온도 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있었고, 온도에 따른 음속의 변화는 물에 대한 음속의 온도의존성을 반영하고 있음을 알았다.
본 연구는 poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액의 여러 가지 농도 (5-25 wt%)에 대해 온도 10-90 ℃의 범위에 걸쳐 3 MHz의 음속측정을, 주파수 0.2-2.2 MHz에 대한 흡수계수측정을 행하였다. 그 결과, 농도에 따른 음속의 최대치를 구하였고 고분자 분자의 운동에 의한 초음파 완화현상을 관측하였다.
본 연구는 poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액의 여러 가지 농도 (5-25 wt%)에 대해 온도 10-90 ℃의 범위에 걸쳐 3 MHz의 음속측정을, 주파수 0.2-2.2 MHz에 대한 흡수계수측정을 행하였다. 그 결과, 농도에 따른 음속의 최대치를 구하였고 고분자 분자의 운동에 의한 초음파 완화현상을 관측하였다.
실험에 사용한 시료는 99 %의 고 순도 poly (sodium4-styrenesulfonate)의 분말로 Aldrich Chemical Company 제품이다. 측정농도는 5, 10, 15, 20, 25 wt%이고 증류수와 분말의 무게는 정밀 천칭으로 정밀하게 측정하였다. 고분자 분말 시료를 3차 증류수에 녹인 후 약 24시간 혼합기로 혼합시켰다.
실험에 사용한 시료는 99 %의 고 순도 poly (sodium4-styrenesulfonate)의 분말로 Aldrich Chemical Company 제품이다. 측정농도는 5, 10, 15, 20, 25 wt%이고 증류수와 분말의 무게는 정밀 천칭으로 정밀하게 측정하였다. 고분자 분말 시료를 3차 증류수에 녹인 후 약 24시간 혼합기로 혼합시켰다.
대상 데이터
이 정상파의 파면에 평행하게 광을 입사시키면 Raman-Nath 회절이 일어나고 회절광은 광 헤테로다인법을 사용하여 음파신호를 검출한다. 광원은 He-Ne laser (15 mW)를 사용했다. 공명 스펙트럼을 얻기 위해서 0.
교류 발진기에서 나온 구형 주파수는 분류기를 거쳐 펄스를 트리거하여 송신측의 수정 진동자에서 초음파 펄스를 여기 한다. 수정진동자는 직경이 20 mm이고 전극의 유효 직경은 10 mm이며 기본진동수는 3 MHz이다. Poly(sodium 4-styrenesulfonate) 수용액을 전파한 펄스와 에코 펄스들은 수신측의 수정 진동자에 의해 수신되고 증폭기를 거친 후 오실로스코프 상에서 관찰된다.
그러 므로 수용액에서 비교적 단순한 고분자의 행위에 대한 기초적인 정보를 얻는 것은 흥미 있는 일이다. 실험에 사용된 poly (sodium 4-styrenesulfonate)의 평균 분자량은 70,000이고, 화학식은 [-CH2CH(C5H4SO3Na)]n 이며 단분자의 분자량은 206이다.
그러 므로 수용액에서 비교적 단순한 고분자의 행위에 대한 기초적인 정보를 얻는 것은 흥미 있는 일이다. 실험에 사용된 poly (sodium 4-styrenesulfonate)의 평균 분자량은 70,000이고, 화학식은 [-CH2CH(C5H4SO3Na)]n 이며 단분자의 분자량은 206이다.
실험에 사용한 시료는 99 %의 고 순도 poly (sodium4-styrenesulfonate)의 분말로 Aldrich Chemical Company 제품이다. 측정농도는 5, 10, 15, 20, 25 wt%이고 증류수와 분말의 무게는 정밀 천칭으로 정밀하게 측정하였다.
실험에 사용한 시료는 99 %의 고 순도 poly (sodium4-styrenesulfonate)의 분말로 Aldrich Chemical Company 제품이다. 측정농도는 5, 10, 15, 20, 25 wt%이고 증류수와 분말의 무게는 정밀 천칭으로 정밀하게 측정하였다.
이론/모형
모든 농도의 값은 무게농도이다. 음속은 펄스 에코 중첩법으로 3 MHz에서 측정했다[5]. 교류 발진기에서 나온 구형 주파수는 분류기를 거쳐 펄스를 트리거하여 송신측의 수정 진동자에서 초음파 펄스를 여기 한다.
수정진동자에 연속파를 보내면서 공명기내에 정상파를 만든다. 이 정상파의 파면에 평행하게 광을 입사시키면 Raman-Nath 회절이 일어나고 회절광은 광 헤테로다인법을 사용하여 음파신호를 검출한다. 광원은 He-Ne laser (15 mW)를 사용했다.
흡수계수측정은 광 회절 초음파 공명법을 사용하였다[6]. 공명기는 수정진동자와 오목반사판으로 구성되어 있다.
흡수계수측정은 광 회절 초음파 공명법을 사용하였다[6]. 공명기는 수정진동자와 오목반사판으로 구성되어 있다.
성능/효과
1. Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액의 음속은 순수한 물에 대한 음속의 온도 의존성을 반영하고, 농도 25, 20, 15, 10, 5 wt%에 대한 음속의 최대치 온도는 각각 55 ℃, 59℃, 63℃, 67℃, 71℃였다.
2. 주파수 0.2-2 MHz의 범위에서 poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액의 초음파 완화현상은 200 kHz 부근에서 고분자 chain의 부분운동에 의한 것으로, 1 MHz 부근에서는 술폰기 (SOS의 proton의 전이에 의한 것으로 각각 관측되었다.
3. 주어진 온도에서 a /f2는 10 wt% 농도이하에서는 농도와 함께 선형적으로 증가하였다. 그러나 20 wt%이상의 농도에서는 갑자기 증가하였다.
3. 주어진 온도에서 a /는 10 wt% 농도 이하에서는 농도와 함께 선형적으로 증가하였다.
5, 10, 15, 20, 25 wt%의 농도에서의 음속의 최대치는 각각 71, 67, 63, 59, 55 ℃이다. 각 농도에서의 음속의 최대치는 농도가 증가할수록 낮은 온도 쪽으로 이동하였고 최대 음속은 순수한 물보다 대략 13-90 m/s 높았다.
그 결과, 농도에 따른 음속의 최대치를 구하였고 고분자 분자의 운동에 의한 초음파 완화현상을 관측하였다. 음속의 최대치는 농도가 높을수록 낮은 온도 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있었고, 온도에 따른 음속의 변화는 물에 대한 음속의 온도의존성을 반영하고 있음을 알았다.
그 결과, 농도에 따른 음속의 최대치를 구하였고 고분자 분자의 운동에 의한 초음파 완화현상을 관측하였다. 음속의 최대치는 농도가 높을수록 낮은 온도 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있었고, 온도에 따른 음속의 변화는 물에 대한 음속의 온도의존성을 반영하고 있음을 알았다.
참고문헌 (11)
J.-R. Bae and Seung Yun, 'Ultraonic Velocity and Absorption in Binary Solutions of Silicon Dioxide and Water' Jpn. J. ApplL Phys., 37. 2801-2802, 1998
J.-R. Bae and Jeong-Koo Kim, 'Ultrasonic Velocity and Absorption Measurements upon a Gelation of Egg White' J. Kor. Phys. Soc., 32, 686-690, 1998
J.-R. Bae, J.-K. Kim, and M.-H. Yi, 'Ultrasonic Velocity and Absorption tv'Ieasurements for Polyethylene glycol and Water Solutions' Jpn. J. Appli. Phys., 39, 2946-2947, 2000
R. Esquivel-Sirvnt, S. S. Yun, and F. B. Stumpf, 'Absorption and Velocity of Ultrasound in Binary Solutions of Poly (sodium 4-styrenesulfonate) and Water' J. Acoust. Soc. Am.. 95. 557-558. 1994
K. Takagi, Ultrasonic Handbook (Maruzen, Tokyo, 1999), Chap6, 229-226
S. Kato, N. Yamauchi, H. Nomura, and Y. Miyahara, 'Ultrasonic Relaxation Study of Aqueous Solutions of Poly (acrylic acid)' Macromolecules, 18, 1496-1504, 1985
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