콜로이드입자 주위의 정전위 분포에 관한 근사해석과 표면전하밀도의 측정

Abstract

구형 Poisson-Boltzmann식의 비선형 항을 종속변수의 함수로 적분이 가능하도록 근사시켜 정확도를 상당히 높인 Ohshima 등[8]의 섭동방식을 기초로, 비대칭형 전해질에서의 단일입자 주위의 퍼텐셜 분포와 구형 및 실린더형 입자에 대한 표면전하밀도와 표면 퍼텐셜간의 관계식을 해석하였다. 구해진 근사해로부터, 평판에서의 퍼텐셜 분포와 입자에서 충분히 떨어진 경우의 leading order에 의한 점근상수 등 그의 점근특성을 고찰하였다. 구형 및 실린더형 모델 콜로이드입자들을 각각 선정한 후, 실험변수인 입자크기와 전해질 용액의 이온농도 변화에 따른 표면전하밀도를 실험적으로 측정하였고, 도출된 관계식에 의해 표면 퍼텐셜을 산출하였다. 0.1-10 mM 범위의 이온화세기 변화에 대해 산출된 표면 퍼텐셜값은, 폴리스타이렌 라텍스입자의 경우는 약 60-230 mV, 잔탄검에서는 72-194 mV 범위를 보였는데, 이온농도가 증가할수록 그 값은 감소하였다. 콜로이드입자들간의 정전 상호에너지 계산을 위해 요구되는 단일입자계에 대한 해석의 확장과, 이온농도에 따른 표면전하밀도와 표면 퍼텐셜의 변화현상에 관한 이해가 본 연구의 의의였다.