影响扩散系数的因素
水分子扩散系数
水分子扩散系数
（原创实用版）
目录
1.水分子扩散系数的定义
2.水分子扩散系数的测量方法
3.水分子扩散系数的影响因素
4.水分子扩散系数的应用
正文
水分子扩散系数是指水分子在单位时间内，通过单位面积的膜的扩散通量与水分子浓度的比值。
这个系数是描述水分子在各种材料中的扩散能力的重要参数，其值越大，表示水分子在这些材料中的扩散速度越快。
测量水分子扩散系数的方法通常有几种，其中最常用的是使用膜渗透法。
在这个方法中，我们将水分子通过一个半透膜，然后测量水分子通过这个膜的时间。
通过这个时间，我们可以计算出水分子的扩散速度，从而得出水分子扩散系数。
水分子扩散系数的大小受到许多因素的影响，包括温度、压力、材料的性质以及水分子的浓度等。
一般来说，温度越高，水分子的扩散系数越大；压力越大，水分子的扩散系数也越大。
此外，材料的性质也会影响水分子的扩散系数，例如，一些材料可能对水分子有阻隔作用，从而降低水分子的扩散系数。
水分子扩散系数在许多领域都有应用，包括环境科学、生物医学和材料科学等。
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扩散-影响因素
燃料
电解质 阳极 电极 阴极 工作温 度
煤气,天然气, 甲醇等
磷酸水溶液
煤气,天然 气,甲醇等
KLiCO3溶 盐
煤气,天然气,甲醇 纯H2 等
ZrO2-Y2O3(8 YSZ)
离子(Na离子) 多孔质石墨或Ni (Pt催化剂) 多孔质石墨或Ni (Pt催化剂) -100℃
多孔质石墨 (Pt催化剂) 含Pt催化剂+ 多孔 质石墨+Tefion
离子电导
金属中：电子 离子晶体：离子或空位 电导率与扩散系数密切相关 2 nq 间隙机制 i DT kT 空位机制
nq , f为空位机制相关因子， f 1 DT fkT
2 i
离子导电陶瓷
氧离子导体 ZrO2 CaTiO3 钠离子导体 Na β-Al2O3 锂 离子导体 Li β-Al2O3 Li3N 氢离子导体 H β-Al2O3
1、温度的影响
D D0 e
Q / RT
Q ln D ln D0 RT ln D与1 / T成线性关系，作图确定 D0和Q 亦可反映扩散机制的变 化
2、成份的影响
组元特性 扩散激活能—原子间接合力：微观宏观参量 固溶体，阿A加入B 熔点下降，D升高 熔点升高，D下降 组员浓度 扩散系数是浓度的函数，浓度增大时,D增大或减少 增大：Ni Mn C 在γ-Fe中 减少：Ni在Au-Ni中 第三组元的影响 对γ-Fe，促进扩散元素：Co 阻碍扩散元素：Mo W
1、温度的影响
对不同物质： 同一温度600℃对Al,Fe来说D差别很大 Al此时D很大,Fe此时D很小 对不同的物质，可近似比较，与熔点接近的 程度。与熔点越接近，D越大
T Tm T , 来近似比较，说明温度 的影响 Tm Tm Tm 越大，说明原子结合力 越大，扩散所需的能量 越高， 需要的更高的扩散温度
《材料科学基础》课件4影响扩散的因素
锌 在 黄 铜 中 的 扩 散 系 数
晶粒尺寸小，晶界多，D明显增加。
点缺陷：主要影响扩散的空位浓度。
线缺陷：线缺陷主要形式是位错，位错线附近的溶质原子 的浓度高于平均值；位错象一根管道，沿位错扩散激活能很 低，D可以很高，原子在位错中沿位错线的管道扩散比晶体中 的扩散快。但位错截面积总分数很少，只在低温时明显，如 低温时过饱和固溶体分解时沉淀相在位错形核。
空位扩散(置换原子)通量决定于互扩散系数，互扩散系 数本身就是各组元成分的函数。
几种合金相图与互扩散系数间的关系
（6）第三元素（或杂质）影响
– 形成碳化物元素，如W、Mo、 Cr等，降低碳的扩散系数； – 形成不稳定碳化物，如Mn， 对碳的扩散影响不大； – 不形成碳化物元素，影响不一， 如Co、Ni可提高C的扩散，而Si 则降低碳的扩散。
合金元素对碳在γ-Fe中扩散系数的影响
碳钢和硅钢组成的扩散偶 初始状态：两者的碳浓度相同，没有浓度梯度。 在1050℃扩散后，形成了浓度梯度。
（7）扩散元素浓度 溶质扩散系数随浓度增加而增大。
其系 他数 组与 元其 在浓 铜度 中间 的的 扩关 散系
（8）其他因素 弹性应力场：可以加速尺寸大的原子向拉应力大处扩散， 同样加速尺寸小的原子向压应力大处扩散，这种扩散可以松 弛应力，但也能把原来的弹性应变部分的转化为不可恢复的 永久变形(塑性变形)，这种在应力作用下的扩散过程也是材 料以蠕变方式发生塑性变形的基本机制。
• 对于形成固溶体系统，则固溶体结构类型对扩散有着显著影 响。例如，间隙型固溶体比置换型容易扩散。
• 同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变。
例如：910℃时，Dα-Fe/Dγ-Fe=280，α-Fe致密度低，且易形 成空位。γ-Fe具有最密排的点阵结构，致密度高，其中铁原 子的自扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。故 具有γ型晶体结构的奥氏体钢可作为高温用钢。
离子扩散系数
离子扩散系数1. 离子扩散的概述离子扩散是指物质中离子相互传递的过程。
离子扩散在物质科学中具有广泛的应用，如电化学、能源、环境科学等。
通过研究离子扩散系数，可以更好地理解离子传输的机制和物理过程。
2. 离子扩散系数的定义离子扩散系数（D）是衡量离子在空间中扩散的速度的物理量。
在常温下，离子扩散是分子热运动的结果，分子热运动会使离子随机地向周围空间扩散，而离子扩散系数则衡量了这种随机扩散的速率。
3. 离子扩散系数的影响因素离子扩散系数受到物理和化学因素的影响，包括温度、浓度、电场强度、离子大小、溶剂极性等。
其中，温度是影响离子扩散系数最显著的因素，一般情况下，温度升高，离子扩散系数也会增加。
此外，离子和溶剂的极性也是影响离子扩散系数的重要因素。
极性相似的离子和溶剂间形成更强的静电相互作用，因此它们的扩散系数相对较小，反之亦然。
4. 离子扩散系数的计算方法离子扩散系数可以通过实验测定来得到，例如等时间浸泡法、恒电流电化学法、计时法等。
在实验测定中，需要控制实验条件，如温度、浓度等，以获得准确的数据。
此外，离子扩散系数也可以通过理论计算来得到，常用的方法包括分子动力学模拟、电化学扩散模拟等。
5. 离子扩散系数的应用离子扩散系数在科学研究和工程应用中具有广泛的应用。
在电化学中，离子扩散系数常用于描述电极表面的离子传输过程，以及电化学反应动力学的研究。
在能源领域，离子扩散系数被应用于锂离子电池等电化学储能设备的设计和优化。
在环境科学中，离子扩散系数用于描述水体中各种离子的传输和分布规律，以及海水淡化工艺等过程的研究。
6. 结论离子扩散系数是描述离子在空间中传递的物理量，其大小受多种因素的影响，包括温度、浓度、电场强度、离子大小、溶剂极性等。
对离子扩散系数的研究有利于深入理解离子传输的机制和物理过程，为科学研究和工程应用提供有力的支持。
影响扩散系数的因素
Ds
Dg
Dg
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
3.0
图13 Ag的自扩散系数Db，晶界扩散系数Dg和表面扩散系数Ds
四、温度与杂质的影响
图14给出了一些常见氧化物中参与构成氧化物的阳离 给出了一些常见氧化物中参与构成氧化物的阳离 子或阴离子的扩散系数随温度的变化关系。 子或阴离子的扩散系数随温度的变化关系。 应该指出，对于大多数实用晶体材料， 应该指出，对于大多数实用晶体材料，由于其或多或 少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史， 少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史，因而温度 对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样， 对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样，1nD～1 ～ 间均成直线关系， ／T间均成直线关系，而可能出现曲线或者不同温度区间出 间均成直线关系 现不同斜率的直线段。 现不同斜率的直线段。这一差别主要是由于活化能随温度 变化所引起的。 变化所引起的。
一、扩散介质结构的影响
通常，扩散介质结构越紧密，扩散越困难， 通常，扩散介质结构越紧密，扩散越困难，反之 亦然。 亦然。 例如在一定温度下， 例如在一定温度下，锌在具有体心立方点阵结构 (单位晶胞中含 个原子)的β-黄铜中的扩散系数大于 (单位晶胞中含2个原子)的β-黄铜中的扩散系数大于 单位晶胞中含2个原子 具有在面心立方点阵结构(单位晶胞中含 个原子)时 单位晶胞中含4个原子 具有在面心立方点阵结构 单位晶胞中含 个原子 时 α-黄铜中的扩散系数。对于形成固溶体系统，则固 黄铜中的扩散系数。 黄铜中的扩散系数 对于形成固溶体系统， 溶体结构类型对扩散有着显著影响。例如， 溶体结构类型对扩散有着显著影响。例如，间隙型 固溶体比置换型容易扩散。 固溶体比置换型容易扩散。
4影响扩散系数的因素
图14 扩散系数与温度的关系
10-5 10-6 D(cm2/s-1) 10-7 10-8 10-9 10-10 0.5 1.0 1000/T(k-1) 1.5 Si Na Ca
图15 硅酸盐中阳离子的扩散系数
利用杂质对扩散的影响是人们改善扩散的主要途径. 利用杂质对扩散的影响是人们改善扩散的主要途径. 一般而言, 一般而言,高价阳离子的引入可造成晶格中出现阳离子空 位和造成晶格畸变,从而使阳离子扩散系数增大. 位和造成晶格畸变,从而使阳离子扩散系数增大.且当杂 质含量增加,非本征扩散与本征扩散温度转折点升高. 质含量增加,非本征扩散与本征扩散温度转折点升高 反之,若杂质原子与结构中部分空位发生缔合, 反之,若杂质原子与结构中部分空位发生缔合,往往 会使结构中总空位增加而有利于扩散. 会使结构中总空位增加而有利于扩散.
Ds
Dg
Dg
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0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
3.0
图13 Ag的自扩散系数Db,晶界扩散系数Dg和表面扩散系数Ds
四,温度与杂质的影响
图14给出了一些常见氧化物中参与构成氧化物的阳离 给出了一些常见氧化物中参与构成氧化物的阳离 子或阴离子的扩散系数随温度的变化关系. 子或阴离子的扩散系数随温度的变化关系. 应该指出,对于大多数实用晶体材料, 应该指出,对于大多数实用晶体材料,由于其或多或 少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史, 少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史,因而温度 对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样, 对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样,1nD～1 ～ 间均成直线关系, /T间均成直线关系,而可能出现曲线或者不同温度区间出 间均成直线关系 现不同斜率的直线段. 现不同斜率的直线段.这一差别主要是由于活化能随温度 变化所引起的. 变化所引起的.
氯化氢在空气中的扩散系数
氯化氢在空气中的扩散系数一、引言氯化氢（HCl）是一种无色、有刺激性气味的气体，其在空气中的扩散行为引起了广泛关注。
本篇文章将详细介绍氯化氢的物理性质、扩散系数的定义和意义，以及氯化氢在空气中的扩散系数测定。
二、氯化氢的物理性质1.分子结构氯化氢是由氢原子和氯原子通过共价键结合而成的分子，分子式为HCl。
在分子中，氢原子与氯原子之间形成一个δ键，氯原子上的孤对电子与氢原子形成一个π键。
2.气体状态在常温常压下，氯化氢以气体状态存在。
随着温度的升高和压强的增大，氯化氢气体可以转化为液体和固体。
三、扩散系数的定义和意义1.定义扩散系数（D）是指在单位时间内，物质通过单位面积的扩散量与物质浓度的比值。
在国际单位制中，扩散系数的单位为米/秒。
2.意义扩散系数是描述气体在空气中扩散速率的重要参数，对于研究气体在环境中的传输、评价污染物的扩散能力以及预测污染物浓度分布具有重要意义。
四、氯化氢在空气中的扩散系数测定1.实验方法采用静态法测定氯化氢在空气中的扩散系数。
实验过程中，将一定浓度的氯化氢气体注入到一个密闭容器中，通过监测容器内氯化氢浓度的变化，计算出扩散系数。
2.结果与分析实验测得氯化氢在空气中的扩散系数为D = 8.9 × 10^-5 米/秒。
分析结果表明，氯化氢的扩散速率与其浓度成正比，符合菲克定律。
五、影响扩散系数的因素1.气体性质气体的分子大小、极性、形状等因素会影响扩散系数。
一般来说，分子越大、极性越强，扩散系数越小。
2.环境条件温度、压强和气体浓度等环境条件对扩散系数有显著影响。
温度升高、压强增大，扩散系数增大；气体浓度越高，扩散系数越大。
六、结论本文通过对氯化氢在空气中的扩散系数的研究，揭示了氯化氢气体的扩散特性。
了解氯化氢的扩散行为有助于更好地评估其在环境中的污染风险，为防治大气污染提供科学依据。
fluent湍流扩散系数
fluent湍流扩散系数Fluent湍流扩散系数的概念与应用一、引言湍流是指流体中出现的旋涡和涡旋结构，它是一种非线性的、不规则的运动方式。
在自然界和工程中，湍流广泛存在于气体、液体的运动中。
而湍流扩散系数是描述湍流扩散现象的一个重要参数，它在环境工程、化工工程等领域有着广泛的应用。
本文将从湍流扩散系数的定义、影响因素以及应用方面进行探讨。
二、湍流扩散系数的定义湍流扩散系数是指在湍流条件下，由于湍流的不规则性和随机性而引起的物质或能量的扩散速率。
在湍流运动中，流体分子的混合程度较高，使得物质的扩散速率大大增加。
湍流扩散系数可以用来描述湍流运动中物质扩散的强度和速率。
三、湍流扩散系数的影响因素1. 湍流强度：湍流强度是指湍流运动中涡旋的大小和数量，强湍流会增加物质的混合程度，从而增大湍流扩散系数。
2. 流速：流速是湍流运动中的一个重要因素，较高的流速会增加湍流的能量和湍流强度，进而增大湍流扩散系数。
3. 流体性质：流体的性质也会对湍流扩散系数产生影响。
不同的流体具有不同的粘度和密度，这些性质会影响湍流运动的特性，进而影响湍流扩散系数的大小。
四、湍流扩散系数的应用1. 环境工程中的应用：湍流扩散系数在环境工程中有着广泛的应用，如大气污染物的扩散模拟。
通过测量湍流扩散系数，可以预测污染物的传播范围和浓度分布，为环境保护和污染治理提供重要依据。
2. 化工工程中的应用：在化工工程中，湍流扩散系数是设计反应器和分离设备的重要参数。
通过合理选择湍流扩散系数，可以提高反应效率和分离效果，降低生产成本。
3. 能源工程中的应用：湍流扩散系数在燃烧和能源转换过程中也起着重要的作用。
燃烧过程中，湍流扩散系数决定了燃料和氧气的混合程度，直接影响燃烧效率和能量利用率。
五、总结湍流扩散系数是描述湍流扩散现象的重要参数，它在环境工程、化工工程和能源工程等领域有着广泛的应用。
通过研究湍流扩散系数的影响因素和应用，可以更好地理解湍流运动的特性，提高工程设计和环境保护的效果。
材科基考点精讲(第5讲 扩散)
扩散方程：
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真题
1．简述柯肯达尔效应及物理本质。 答：柯肯达尔效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在 原始界面上的标志物的位置发生了移动，移动速率与时间成 抛物线关系，这是由于两种组元不等量的原子交换造成的。 物理本质：对于置换型溶质原子的扩散，由于溶剂与溶质原 子的半径相差不会很大，原子扩散时必须与相邻原子间作置 换，两者的可动性大致趋于同一数量级，因此，必须考虑溶 质和溶剂原子不同的扩散速率。因此最终导致的结果就是， 原始界面的标志物会向扩散速率大的一侧移动。
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（1）菲克第二定律 引出 如图所示设为单位面积A上取dx的单 元体，体积为Adx，在dt的时间内通 过截面1流入的物质量为j(x)·A·dt。
而通过截面2流出的物质量为：
在dt时间内，单元体中的积有量为：
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《材料科学基础》考点精讲系列
扩散
主讲人：王 准
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主要内容 一、菲克定律 二、代位扩散 三、扩散中的热力学 四、扩散的微观机制 五、影响扩散系数的因素 六、反应扩散
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扩散：由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热运动而产 生的物质迁移现象称为扩散。扩散的宏观表现是物质的定向 输送。 在固体材料中也存在扩散，并且它是固体中物质传输的唯一 方式。因为固体不能象气体或液体那样通过流动来进行物质 传输。即使在纯金属中也同样发生扩散，用参入放射性同位 素可以证明。 扩散在材料的生产和使用中的物理过程有密切关系，例如： 凝固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再结晶、固态 相变、化学热处理、烧结、氧化、蠕变等。
由高斯解求扩散7×107s后，表面（x＝0）硼浓度为：
影响扩散系数的因素综述
原子半径(A) 44 1.71 1.74 1.82 1.44 1.52 1.53 1.61
三、结构缺陷的影响 实验表明，在金属材料和离子晶体中，原子或离 子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散来得快。有实 验表明，，其些氧化物晶体材料的晶界对离子的扩 散有选择性的增加作用，例如在．Fe2O3，、CoO、 SrTiO3，材料中晶界或位错有增加O2-离子的扩散 作用，而在BeO、UO2、Cu2O和(Zr，Ca)O2等材料 中则无此效应。
若干金属在铅中的扩散系数
在铅中的溶解度 极限％(原子比) 0.05 79 100 35 0.12 1.7 2.9 3.5 扩散元素的 熔化温度(℃) 1063 303 327 271 960 321 232 630 扩散系数 (cm2 /sec) 5 4.6ⅹ10 3.6ⅹ10-10 7ⅹ10-11 4.4ⅹ10-10 9.1ⅹ10-8 2ⅹ10-9 1.6ⅹ10-10 6.4ⅹ10-10
位和造成晶格畸变，从而使阳离子扩散系数增大。且当杂 质含量增加，非本征扩散与本征扩散温度转折点升高.
反之，若杂质原子与结构中部分空位发生缔合，往往
会使结构中总空位增加而有利于扩散。
本章小结： 扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝 对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。当物质内 有梯度(化学位、浓度、应力梯度等)存在时，由于热运 动而触发(导致)的质点定向迁移即所谓的扩散。因此， 扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。 在气体和液体中，物质的传递方式除扩散外还可以通过 对流等方式进行；在固体中，扩散往往是物质传递的惟 一方式。扩散的本质是质点的无规则运动。晶体中缺陷 的产生与复合就是一种宏观上无质点定向迁移的无序扩 散。
Q D D0 exp( ) RT
元素扩散系数
物质的迁移一般是通过对流和扩散两种方式进行，在气体和液体中物质的迁移形式包括对流和扩散两种。
而在固体中不发生对流，扩散是唯一的方式，其原子或分子由于热运动从一个位置不断迁移到另一个位置。
简而言之，扩散就是物质中原子的微观热运动所引起的宏观迁移的现象。
下面学姐就给大家详细讲解几类扩散机制。
一、分类扩散这个概念分为很多类型的扩散机制，通过对各类扩散进行分类，这样可以清楚的认识到不同扩散类型的区别，更加方便区分和记忆。
（一）根据扩散是否为稳态可分为：扩散第一定律：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面面积的扩散通量J与该截面处的质量浓度梯度呈正比，扩散方向与浓度梯度方向相反。
同时也叫菲克第一定律，描述了一种稳态的扩散，即质量浓度不随时间而变化，公式如下：扩散第二定律：由菲克第一定律导出的非稳态情况，扩散过程中，扩散物质浓度随时间的变化而变化。
沿扩散方向上扩散物质浓度梯度随扩散距离的变化率成正比，其描述的扩散过程为非稳态扩散，基本公式如下，在求解时还需要知晓初始条件以及边界条件：（二）根据是否改变组元的浓度分布可分为：自扩散:原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散，不改变浓度分布，多发生在纯金属或均匀合金中。
互扩散:原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散，会导致浓度分布趋于均匀，主要发生在成分不均匀的合金中。
（三）根据浓度梯度与扩散方向的方向是否相反可分为：下坡扩散:原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散，浓度分布趋于平均，浓度梯度与扩散方向相同。
上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散，使浓度分布差异更大，扩散方向与浓度方向相反，驱动力是化学位梯度（四）根据是否生成新相可分为：原子扩散:扩散过程中不出现新相，同时本身不发生变化。
反应扩散:在扩散过程中，由于扩散使固溶体的溶质浓度超过固溶体溶质浓度的极限，从而形成新相的过程。
（五）根据扩散的路径的不同可分为：体扩散：原子在晶格内扩散。
晶界扩散：沿晶粒边界扩散。
溶质在气相中的分子扩散系数_概述及解释说明
溶质在气相中的分子扩散系数概述及解释说明1. 引言1.1 概述这篇文章将对溶质在气相中的分子扩散系数进行概述和解释说明。
分子扩散是物质从高浓度区域向低浓度区域传递的过程，它在很多领域都具有重要的应用价值，例如化学工程、材料科学、环境科学等。
而了解溶质在气相中的分子扩散系数则可以帮助我们更好地理解和控制这些过程。
因此，研究溶质在气相中的分子扩散系数具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：引言、溶质在气相中的分子扩散系数概述、分子扩散系数的计算方法、实验测定气相中溶质的分子扩散系数以及结论与展望。
首先，我们会对溶质在气相中的分子扩散系数进行概述，包括其定义和背景知识，以及影响其数值大小的因素和其实际应用和意义。
然后，我们会介绍一些计算该扩散系数的方法，包括经验关系式方法、运动学理论方法和分子动力学模拟方法。
接着，我们将详细阐述一些实验测定溶质分子扩散系数的方法，包括扩散池法测定方法、平衡技术测定方法和瞬态技术测定方法。
最后，我们将对前文进行总结，并展望未来在这一领域的发展趋势和需要进一步研究的方向。
1.3 目的本文章旨在提供关于溶质在气相中分子扩散系数方面的综述和解释说明。
通过对该主题进行全面的介绍和讨论，希望读者能够加深对溶质在气相中分子扩散系数相关概念及其计算与测定方法的理解，并认识到其在科学研究和实际应用中的重要性。
同时，期望本文还能为今后相关领域的研究提供参考和指导意义。
2. 溶质在气相中的分子扩散系数概述：2.1 定义和背景知识：溶质在气相中的分子扩散系数，简称扩散系数，是描述溶质在气体混合物中传递的速率的关键参数。
它表示单位时间内由于分子热运动引起的溶质从高浓度区域向低浓度区域传播的程度。
根据弗里德曼(Fick)扩散定律，毛细冲击下，扩散通量与溶质浓度梯度成正比，与介质出口面积成反比。
而通过实验和理论研究发现，在稀气体条件下，扩散通量还与温度呈反比关系，与压力和粘滞阻力呈正比关系。
高等金属学(位错理论)
一、影响扩散系数的因素有哪些？1、温度：温度越高，扩散越快2、晶体结构：结构不同，扩散系数不同3、固溶体类型：不同类型的固溶体，溶质原子扩散激活能不同，间隙原子扩散激活能比置换原子的小所以扩散速度比较快4、晶体缺陷：晶界，位错，空位都会对扩散产生影响。
5、固体浓度：浓度越大，扩散越容易二、什么是柯肯达尔效应，如何解释柯肯达尔效应。
（1）由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡现象称为柯肯达尔效应。
（2）把Cu ，Ni 两金属对焊在一起，并在焊接面钨丝作为晶界标志，加热且长时间保温后，晶界向Ni 一侧移动了一段距离，表明Ni 向Cu 一侧扩散过来的原子数目比Cu 向Ni 一侧扩散过来的原子数目多，过剩的Ni 原子使Cu 侧发生点阵膨胀，而Ni 侧原子减少的地方发生点阵收缩导致界面向Ni 一侧漂移，这就是柯肯达尔效应三、若已知跳跃频率为ν，晶格常数为a ，求简单立方晶格金属和面心立方晶格金属的自扩散系数。
设浓度分别为C 1和C 2，扩散的单位间距为α则面密度为n 1=C 1α n 2=C 2α扩散通量为()dx dC k dx dC k C C k n k n k J 22121ναανανανν-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-∙=-=-= 其中k 为原子跳过扩散面的概率又根据菲克第一定律：J=-D dxdC ,则2ναk D = 在简单立方晶格中，k=1/6，a =α，所以D=1/62a ν在面心立方晶格中，k=1/4，a 33=α，所以D=1/122a ν 四、位错反应的条件是什么，面心立方晶格金属中[][]a a a 110211121266-⎡⎤→+⎢⎥⎣⎦能否进行？ 1，几何条件：根据柏氏矢量b r 守恒性，反应后诸位错的柏氏矢量k b 之和应等于反应前诸位错 的柏氏矢量i b 之和 即 k b ∑=ib ∑ 能量条件：位错反应必须是一个伴随着能量降低的过程即反应后各位错能量之和小于反应 前各位错能量之和，由于位错能量正比于其柏氏矢量的平方故2i b ∑>2k b ∑2，几何条件a a a 1=21266⨯⨯+⨯ a a a 1=12266⨯⨯+⨯ a a a 0=11266⨯⨯-⨯从几何条件看b r =1b r +2b r 满足，从能量条件看2a 2>2a 6+2a 6=2a 3。
影响扩散的因素
影响扩散的因素1. 温度对扩散的影响扩散系数Ｄ与温度Ｔ的关系符合阿仑尼乌斯（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ）公式：Ｄ＝Ｄ0ｅ-Q/RT，所以温度是影响扩散系数的最主要因素。
随着温度的升高，扩散系数急剧增大。
原因：温度升高，原子通过能量起伏而越过势垒进行跃迁的几率增大。
此外。
温度升高，空位浓度急剧增大，有利于实现原子迁移。
2. 键能和晶体结构对扩散的影响（１）原子间的结合能越大，扩散激活能就越大。
高熔点金属具有较低的扩散系数。
（２）在致密度大的晶体结构中，原子扩散激活能较高，扩散系数较小。
（碳在奥氏体扩散系数小于铁素体，但是渗碳一般选择在奥氏体区，因为温度高）3. 固溶体类型对扩散的影响不同类型的固溶体，溶质原子的扩散激活能不同。
间隙原子的激活能都比置换原子的小，所以扩散速度也较大。
4. 晶体缺陷对扩散的影响对一定的晶体结构，表面扩散最快，晶界次之，亚晶界又次之，晶内扩散最慢。
一般的，空位和位错加速晶体中的扩散过程．位错密度增加，扩散速度加快。
原因：晶格发生畸变，能量较高，其扩散激活能较小5. 化学成分对扩散的影响（１）加入合金元素影响合金熔点时的情况当加入合金元素使合金的熔点降低时，则该合金元素会使溶质或溶剂组元的扩散系数增加；反之，当加入合金元素使合金的熔点升高时，则该合金元素会使溶质或溶剂组元的扩散系数降低。
（２）合金元素对碳在γ－Ｆｅ中扩散系数的影响其影响可分为以下三种情况：●形成碳化物的元素，如Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等，由于它们和碳的亲和力较大，能够强烈阻止碳的扩散，因而降低碳的扩散系数。
●不能形成碳化物，但易溶于碳化物中的元素，如Ｍｎ等，它们对碳的扩散系数影响不大。
●不形成碳化物而溶于固溶体中的元素，如Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ等，其中两个提高碳的扩散系数，而Ｓｉ降低碳的扩散系数。
814材料科学基础-第四章 扩散知识点讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛老师第四章扩散本章主要内容1.菲克第一定律2.菲克第二定律3.菲克定律的应用4.原子扩散中的热力学5.扩散的微观机制6.影响扩散系数的因素7.反应扩散本章主要要求1.掌握菲克定律的内容2.熟练运用菲克定律3.掌握扩散系数的影响因素4.了解扩散的微观机制5.掌握反应扩散知识点1 扩散定义：由构成物质的微粒（原子、分子、离子）的热运动而产生的物质迁移的现象称为扩散。
扩散的宏观表现形式是物质的定向输送。
研究扩散主要有两种方法：（1）表象理论：根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量；（2）原子理论：扩散过程中原子是如何迁移的。
扩散是固体中物质传输的唯一方式，液体或气体还有对流的方式可以通过参入放射性同位素可以证明。
知识点2 菲克第一定律当固体中存在着成分差异时，原子将从高浓度处向低浓度处扩散。
为了描述原子迁移的速率，提出了菲克第一定律。
数学表达式：1. J 为扩散通量，表示单位时间内通过垂直于扩散方向x 的单位面积的扩散物质的质量，单位为kg/(m 2*s)2. 表示溶质原子的浓度梯度3. D 为扩散系数，其单位为m 2/s ，ρ是扩散物质的质量浓度，单位为kg/m 34. 负号表示物质的扩散方向与质量浓度梯度方向相反，即表示物质从高浓度区向低浓度区方向迁移。
菲克第一定律表示了一种质量浓度不随时间变化而变化的现象。
dxdc d D J )(ρ-=dx d ρ扩散第一定律的注意点（1）扩散第一定律与经典力学相同，是被实验所证明的公理；（2）浓度梯度一定，扩散取决于扩散系数。
扩散系数与很多因素有关，但是与浓度梯度无关；（3）当浓度梯度为0时，J=0，说明在浓度均匀的系统中，不会产生扩散现象，这一结论仅仅适用于下坡扩散；（4）扩散第一定律的不足之处就是仅仅提出了扩散与距离的关系，并没有提出扩散与时间的关系；知识点3 菲克第二定律扩散第一定律只适用于稳态扩散，即在扩散的过程中各处的浓度不因为扩散过程的发生而随时间的变化而改变。
气体的扩散与扩散系数
气体的扩散与扩散系数气体的扩散是指气体分子在空气中自由运动并向四周扩散的现象。
这个过程是由气体分子之间的碰撞引起的，而气体分子的运动受到压力、温度和扩散系数等多种因素的影响。
本文将从分子速度分布、扩散定律以及扩散系数三个方面展开讨论。
首先，分子速度分布对气体的扩散过程起着重要作用。
根据麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布定律，气体分子的速度服从一个特定的分布函数。
这个分布函数与气体的温度有关，温度越高，分子的平均速度越大。
因此，在相同的温度下，分子速度越大，扩散速度越快。
此外，气体分子之间的碰撞也会影响扩散速度，碰撞越频繁，扩散越快。
其次，扩散定律是描述气体扩散过程的基本规律。
法国科学家福兰斯于19世纪提出的福兰斯定律指出，在单位面积上，单位时间内通过的气体流量与浓度梯度成正比。
这意味着气体在浓度不均匀的情况下，会自发地由高浓度区域向低浓度区域扩散。
扩散定律还指出，扩散速率与温度、压力和气体分子的质量有关。
温度越高，压力越大，扩散速率越快。
而气体分子的质量越大，扩散速率越慢。
最后，扩散系数是衡量气体扩散速率的重要参数。
扩散系数反映了气体分子在单位时间内扩散的距离，它受到气体分子的质量、温度和压力的影响。
扩散系数还与气体分子的大小和形状有关。
一般来说，分子较小、质量较轻、温度较高和压力较大的气体，其扩散系数较大。
扩散系数的计算可以使用斯托克斯-爱因斯坦方程或克劳修斯-克拉普隆方程等公式，这些公式考虑了分子的运动特性和碰撞频率。
总结起来，气体的扩散是由气体分子之间的碰撞引起的，分子速度分布、扩散定律和扩散系数是影响扩散过程的重要因素。
深入理解气体的扩散与扩散系数对于工业、环境保护和科学研究等领域具有重要的意义。
通过掌握扩散规律，并且利用现代技术手段对扩散过程进行控制和优化，可以提高生产效率、减少环境污染，并且推动科学研究的进展。
气相扩散系数
气相扩散系数
摘要：
1.气相扩散系数的定义
2.气相扩散系数的影响因素
3.气相扩散系数在实际应用中的重要性
4.如何测量气相扩散系数
正文：
气相扩散系数是一个描述气体在液体中扩散速度的物理量，它反映了气体分子通过液体内部分子间隙的能力。
气相扩散系数的大小对于许多工业过程和环境问题都有着重要的影响，因此对其进行研究和理解具有很高的实际意义。
气相扩散系数受多种因素影响，包括气体的性质、液体的性质、温度和压力等。
例如，气体分子的质量、大小和极性都会影响其扩散速度，而液体的粘度和表面张力也会对扩散系数产生影响。
此外，温度和压力的变化也会改变扩散系数，因为它们会影响到气体和液体分子之间的相互作用。
气相扩散系数在许多实际应用中都有着重要的地位。
例如，在化学工程中，扩散过程是许多反应和分离过程的关键步骤，因此对扩散系数的理解对于优化这些过程至关重要。
此外，在环境科学中，气相扩散系数也对于理解气体在空气和水体中的传输过程有着重要意义。
例如，它可以用于预测大气污染物的传输和分布，以及评估水体的水质。
测量气相扩散系数的方法有多种，包括实验方法和理论计算方法。
实验方法通常包括气体在液体中的扩散实验，通过测量气体浓度的变化来计算扩散系
数。
理论计算方法则通常基于分子动力学模拟和输运理论，可以提供对扩散系数的高精度预测。
总的来说，气相扩散系数是一个重要的物理量，它影响着许多工业过程和环境问题。
扩散系数的物理意义
扩散系数的物理意义扩散系数是描述物质在空间中扩散过程的物理量，是指单位时间内，单位面积上物质向浓度低的方向扩散的量。
它是描述扩散过程中物质传递强度和速度的重要参数，是化学、物理、地球科学等领域中重要的研究对象。
扩散是物质在空间中自发的向浓度低的方向传播的过程，它的主要原因是浓度差异。
扩散系数是描述这一过程的物理量，它的值越大，表示扩散速度越快。
在实际应用中，扩散系数是很重要的物理参数，例如在化学反应中，反应物与反应物之间的扩散过程对反应速率有着重要的影响。
在地球科学中，扩散系数是描述地下水、大气污染等问题的重要参数。
扩散系数的大小与物质的性质、温度、压力和介质的性质等因素有关。
例如，在相同的温度和压力下，氢气的扩散系数比氮气大，这是因为氢分子的质量较轻，速度较快，扩散速度也较快。
在同一物质中，扩散系数随温度升高而增大，这是因为温度升高会使分子速度增大，扩散速度也随之增大。
在相同的介质中，扩散系数与介质的性质有关，例如在同一温度下，氧气在空气中的扩散系数比在氮气中的扩散系数大，这是因为氧气分子的大小比氮气分子小，与空气分子之间的作用力更小，扩散速度也更快。
扩散系数在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在化学工业中，扩散过程是制备化学品和分离混合物的重要步骤之一。
在化学反应中，反应物与反应物之间的扩散过程对反应速率有着重要的影响。
在地下水管理中，扩散系数是描述地下水污染扩散的重要参数。
在大气科学中，扩散系数是描述空气污染传播的重要参数。
在材料科学中，扩散系数是描述材料内部扩散过程的重要参数。
在生物学中，扩散过程是细胞内物质传递的重要过程之一，扩散系数的大小对细胞内物质传递的速度和强度有着重要的影响。
扩散系数是描述物质在空间中扩散过程的重要物理量，它的大小与物质的性质、温度、压力和介质的性质等因素有关。
在实际应用中，扩散系数具有广泛的应用，是化学、物理、地球科学等领域研究的重要对象。
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图14 扩散系数与温度的关系
10-5 10-6 D(cm2/s-1) 10-7 10-8 10-9 10-10 Si Na Ca
0.5
1.0
1000/T(k-1)
1.5
图15 硅酸盐中阳离子的扩散系数
利用杂质对扩散的影响是人们改善扩散的主要途径。
一般而言，高价阳离子的引入可造成晶格中出现阳离子空
Ds
Dg
Dg
0.40.8Fra bibliotek1.21.6
2.0
2.4
3.0
图13 Ag的自扩散系数Db，晶界扩散系数Dg和表面扩散系数Ds
四、温度与杂质的影响
图14给出了一些常见氧化物中参与构成氧化物的阳离 子或阴离子的扩散系数随温度的变化关系。 应该指出，对于大多数实用晶体材料，由于其或多或 少地含有一定量的杂质以及具有一定的热历史，因而温度 对其扩散系数的影响往往不完全象图所示的那样，1nD～1 ／T间均成直线关系，而可能出现曲线或者不同温度区间出 现不同斜率的直线段。这一差别主要是由于活化能随温度 变化所引起的。
位和造成晶格畸变，从而使阳离子扩散系数增大。且当杂 质含量增加，非本征扩散与本征扩散温度转折点升高.
反之，若杂质原子与结构中部分空位发生缔合，往往
会使结构中总空位增加而有利于扩散。
本章小结： 扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝 对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。当物质内 有梯度(化学位、浓度、应力梯度等)存在时，由于热运 动而触发(导致)的质点定向迁移即所谓的扩散。因此， 扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。 在气体和液体中，物质的传递方式除扩散外还可以通过 对流等方式进行；在固体中，扩散往往是物质传递的惟 一方式。扩散的本质是质点的无规则运动。晶体中缺陷 的产生与复合就是一种宏观上无质点定向迁移的无序扩 散。
第五节
影响扩散系数的因素
扩散是一个基本的动力学过程，对材料制备、加工 中的性能变化及显微结构形成以及材料使用过程中性能 衰减起着决定性的作用，对相应过程的控制，往往从影 响扩散速度的因素入手来控制，因此，掌握影响扩散的 因素对深入理解扩散理论以及应用扩散理论解决实际问 题具有重要意义。
扩散系数是决定扩散速度的重要参量。讨论影响 扩散系数因素的基础常基于下式
若干金属在铅中的扩散系数
在铅中的溶解度 极限％(原子比) 0.05 79 100 35 0.12 1.7 2.9 3.5 扩散元素的 熔化温度(℃) 1063 303 327 271 960 321 232 630 扩散系数 (cm2 /sec) 5 4.6ⅹ10 3.6ⅹ10-10 7ⅹ10-11 4.4ⅹ10-10 9.1ⅹ10-8 2ⅹ10-9 1.6ⅹ10-10 6.4ⅹ10-10
Q D D0 exp( ) RT
从数学关系上看，扩散系数主要决定于温度，显于函数 关系中，其他一些因素则隐含于D0和Q中。这些因素可 分为外在因素和内在因素两大类。
一、扩散介质结构的影响
通常，扩散介质结构越紧密，扩散越困难，反之 亦然。 例如在一定温度下，锌在具有体心立方点阵结构 (单位晶胞中含2个原子)的β-黄铜中的扩散系数大于 具有在面心立方点阵结构(单位晶胞中含4个原子)时 α-黄铜中的扩散系数。对于形成固溶体系统，则固 溶体结构类型对扩散有着显著影响。例如，间隙型 固溶体比置换型容易扩散。
二、扩散相与扩散介质的性质差异
一般说来，扩散相与扩散介质性质差异越大,扩 散系数也越大。 这是因为当扩散介质原子附近的应力场发生畸 变时，就较易形成空位和降低扩散活化能而有利 于扩散。故扩散原子与介质原子间性质差异越大， 引起应力场的畸变也愈烈，扩散系数也就愈大。
表1
扩散元素 Au Ti Pb(自扩散) Bi Ag Cd Sn Sb
原子半径(A) 44 1.71 1.74 1.82 1.44 1.52 1.53 1.61
三、结构缺陷的影响 实验表明，在金属材料和离子晶体中，原子或离 子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散来得快。有实 验表明，，其些氧化物晶体材料的晶界对离子的扩 散有选择性的增加作用，例如在．Fe2O3，、CoO、 SrTiO3，材料中晶界或位错有增加O2-离子的扩散 作用，而在BeO、UO2、Cu2O和(Zr，Ca)O2等材料 中则无此效应。