Энциклопедический словарь нанотехнологий - диффузия

Термин на английском

diffusionСинонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

межзеренная граница, поверхностная диффузия, диффузия в кристалле, гидродинамический радиусОпределение

(лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) процесс переноса материи, обусловленный тепловым движением молекул, атомов или ионов, из области с более высоким потенциалом в область с более низким потенциаломОписание

Процесс диффузии является неравновесным, однако приводит к равновесному распределению концентраций вещества внутри системы. Все виды диффузии подчиняются сходным закономерностям. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций, температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводностью, в случае потока электрических зарядов — электропроводностью. Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени.

С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ, обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала

В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C. Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то приведённую выше формулу можно заменить на следующую:

которая показывает, что плотность потока вещества J [cм ²сек ¹] пропорциональна коэффициенту диффузии D [cм²сек ¹] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика (Адольф Фик — немецкий физиолог, установивший законы диффузии в 1855 г.). Второй закон Фика связывает изменение концентрации в пространстве и во времени:

Коэффициент диффузии D зависит от температуры. При сохранении механизма диффузии эта зависимость в широком интервале температур  описывается уравнением Аррениуса.

В твердом теле обычно выделяют , скорости которых существенно отличаются. 

• Журавлева Наталья Геннадиевна
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

Теги

Разделы

Наноструктурированные керамические и композиционные материалы и покрытия

Наноструктурированные металлы и сплавы с особыми механическими свойствами

Керамические методы (спекание, прессование, самораспространяющийся синтез и т.п.)

Методы формирования наноматериалов