Temperature Dependence of Oxygen Diffusivity in the PVC Film on Gold Electrode Using Steady-State Rotating Disk Electrode Technique and Modulated Electrohydrodynamic Impedance Technique

정상상태 회전원판전극(RDE) 방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적(EHD) 임피던스방법을 이용한 금전극표면에 형성된 PVC 피막내 산소확산계수의 온도의존성에 대한 연구

In the present we.k, temperature dependence of oxygen diffusivity in the polyvinyl chloride (PVC) film $D_f$ formed on gold electrode was investigated using steady-state rotating disk electrode (RDE) technique and modulated electrohydrodynamic (EHD) impedance technique. Both the diffusion rate defined as the ratio of oxygen diffusivity in the PVC film to the film thickness $D_f/\delta_f$ and the time constant $\delta_f^2/D_f$ for oxygen diffusion through the PVC film were obtained from plot of the limiting current versus disk rotation speed and from filing the EHD impedance spectra experimentally measured to those theoretically calculated on the basis of the diffusion equation for mass transport through the non-conductive and porous film, respectively. By combining measured $D_f/\delta_f$ with $\delta_f^2/D_f$, we determined $\delta_f\;and\;D_f$ at room temperature separately. As temperature increased, it appeared that the $D_f$ value measured for the PVC film-covered gold RDE was enhanced more rapidly than that $D_s$ value in the solution measured for the PVC film-free gold RDE. This means that the pores glowing with increasing temperature act as effective diffusion paths within the film. The present in-situ steady-state and modulated EHD measurements prove to be effective for determining $\delta_f\;and\;D_f$, separately and at the same time the porosity of the PVC film at temperatures below glass temperature $T_g$ of the film.

정상상태 회전원판전극(RDE)방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적(EHD) 임피던스방법을 이용하여 금(Au)회전 원판전극(rotating disk electrode)표면에 형성된 PVC(polyvinyl chloride)피막내 산소확산계수의 온도의존성에 대한 연구를 수행하였다. PVC 피막내에서의 산소확산속도(산소확산계수와 피막두께의 비) $D_f/\delta_f$는 한계전류 대 전극회전각속도의 변화로부터 측정하였고, 확산시간상수(diffusion time constant) $\delta_f^2/D_f$측정된 임피던스 값을 $\ulcorner$비전도성, 다공성 피막을 통한 물질이동$\lrcorner$에 대한 확산방정식으로부터 계산된 값에 피팅(fitting)하여 얻었다. 이 측정된 확산속도와 확산시간상수로부터 상온에서 PVC피막의 두께 $\delta_f$와 피막내에서의 산소확산계수(diffusivity) $D_f$를 각각 결정하였다. 온도가 증가함에 따라 측정된 PVC내에서의 산소확산계수가 용액에서의 산소확산계수 $D_s$보다 더 빠르게 증가하였다. 이는 온도가 증가함에 따라 PVC피막내 공공이 성장하고, 이 공공들이 피막내에서 유효한 확산경로로 작용한다는 것을 의미한다. 본 정상상태 및 유체역학적 요동상태 실험방법을 이용하여 금속표면에 존재하는 비전도성 다공질피막의 두께와 피막내 산소확산계수를 동시에 측정할 수 있었으며, 피막의 다공도를 정량적으로 계산할 수 있었다.