扩散-影响因素
高一生物自由扩散知识点
高一生物自由扩散知识点自由扩散是高中生物课程中的一个重要概念。
它涉及到物质在无机体之间通过半透膜的扩散过程。
虽然看似简单，但深入研究自由扩散，可以为我们揭开生物体内的奥秘，增进对细胞的理解。
本文将通过三个方面，介绍自由扩散的基本概念、影响因素以及相关生物现象，让我们更深入地了解自由扩散。
一、自由扩散的基本概念自由扩散是指物质通过半透膜，由高浓度向低浓度扩散的过程。
半透膜可以让溶质通过，但却不允许溶剂通过。
在自由扩散过程中，溶质的浓度差是驱动力。
此外，温度也会影响自由扩散的速度，高温下扩散速度更快。
二、影响自由扩散的因素1. 浓度差：自由扩散的驱动力在于浓度差。
浓度差越大，扩散速度越快。
可以用以下公式描述扩散速率与浓度差的关系：扩散速率∝ (浓度差) ^ 2。
2. 温度：温度对扩散速率有显著影响。
在相同浓度差条件下，高温会使扩散速率增加。
这是因为温度升高会增加分子的热运动，使之更容易通过半透膜。
3. 分子大小：分子大小直接影响扩散速率。
较小的分子会更容易通过半透膜，而较大的分子则需要更长的时间。
这是因为较小的分子在扩散过程中受到的阻力较小。
4. 补偿运动：在自由扩散过程中，分子并不是简单地由高浓度向低浓度扩散。
有时会出现补偿运动，即溶质分子由于分子间的相互作用而产生的反向运动。
补偿运动会减缓扩散速度。
三、相关生物现象自由扩散在生物学中有许多重要应用。
以下是几个相关生物现象：1. 呼吸：在肺泡与血液之间进行氧气和二氧化碳的交换，是通过自由扩散完成的。
氧气从肺泡向血液中扩散，而二氧化碳则从血液向肺泡中扩散。
2. 植物养分吸收：植物靠着根部的细胞进行水分子和营养物质的吸收。
这些物质通过根毛中的细胞膜和细胞壁进行自由扩散，最终进入植物体。
3. 细胞内物质交换：在细胞内部，各种有机和无机物质需要通过细胞膜进行自由扩散，以维持细胞内外浓度的平衡。
例如，细胞内的代谢产物会通过自由扩散方式移出细胞，而一些必需物质则从细胞外向细胞内扩散。
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
第12讲扩散机制以及影响扩散因素、扩散驱动力
第十二讲扩散机制以及影响扩散因素、扩散驱动力1.空位扩散与间隙扩散考点再现：10年以填空的形式考察了间隙扩散和空位扩散两种金属晶体的扩散机制，对于自扩散的定义在08年以前的考试中出现过。
考试要求：对定义的记忆，这一部分今年是可能出填空或者名词解释题的。
知识点金属晶体的扩散机制由（间隙扩散）和（空位扩散）。
★★★间隙扩散：指小尺寸的原子在金属晶体内的扩散，间隙原子从一个八面体间隙运动到临近八面体间隙的过程。
★★空位扩散：晶格结点某处原子空缺时，相邻原子可能跃迁到此空穴位置，月前后又留下新的空穴，原子的这种扩散运动方式叫做空位扩散。
★★自扩散：当晶体内完全是同类原子时，原子在纯材料中的扩散称为自扩散。
★★★★扩散系数表达式★★★2.柯肯达尔效应考点再现：唯一的考点，柯肯达尔效应，09年出现过，10年没有考，11考考的可能性极大，大家要充分重视。
考试要求：在理解的基础上记忆，不知道在这个方面会不会增加难度，如果增加难度，比如说给大家一个实际的问题或者现象，让大家解释原因或者原理，大家不要忘记柯肯达尔效应，对于扩散方面能够解决很多的问题。
知识点柯肯达尔效应的理解，举例说明柯肯达尔效应。
★★★★★黄铜内流出的Zn原子多，铜盒中Cu原子流入黄铜内较少，Zn和Cu原子两者的扩散速度不一样，使Mo丝的间距发生变化。
由于界面两侧的两种原子，在互相扩散到对方的基体中，当其扩散速率不相等时，会发生原始界面的移动，界面移向原始扩散速度较大的一边，这种效应称为柯肯达尔效应。
以上的部分是对于柯肯达尔效应的题目的标准的答法，是命题教师知道我们做出的，所以大家要在理解的基础上对其进行记忆，而且尽量按照上面的内容来答。
3.影响扩散的因素与扩散驱动力考点再现：10年简答题出现了影响激活能的主要因素，影响扩散的因素在08年之前也出现过，这一部分的内容非常适合出填空题，所以大家要重视。
考试要求：这一部分大家记忆即可，但是如果是出简答题，就要求我们知道更多的信息，多答一些内容，将每一个小点加以扩充了。
化学物质扩散
化学物质扩散化学物质扩散是指物质在溶液、气体或固体中自高浓度向低浓度区域移动的过程。
这个过程在化学和生物学中都有重要的应用和意义。
本文将介绍化学物质扩散的原理、影响因素以及相关应用。
一、化学物质扩散的原理化学物质扩散遵循离子或分子的浓度梯度。
当浓度存在差异时，物质会通过扩散来平衡浓度。
扩散速率取决于浓度差和物质的运动性能。
其中，浓度差越大，扩散速率越快；分子或离子的运动性能越高，也会加快扩散速率。
二、影响化学物质扩散的因素1. 温度：温度升高会增加分子的平均动能，加快分子的扩散速率。
2. 浓度差：浓度差越大，扩散速率越快。
3. 分子大小：分子越小，扩散速率越快。
4. 孔隙结构：材料的孔隙结构对扩散速率有重要影响，较大的孔隙能够促进扩散。
5. 表面积：较大的表面积能够提供更多的接触面，加快化学物质的扩散速率。
三、化学物质扩散的应用1. 生物学领域：在生物学研究中，化学物质扩散广泛应用于细胞膜透过性的研究以及药物递送系统的设计。
研究人员可以通过改变扩散速率来实现特定药物在人体内的释放。
2. 环境保护：化学物质扩散也与环境保护相关。
例如，土壤和水体中的化学污染物通过扩散可以传播到环境中其他区域。
了解化学物质的扩散规律可以帮助我们制定有效的环境保护措施。
3. 化学工程：在化学工程中，我们需要控制化学物质的扩散速率，以便实现有效的反应过程或分离过程。
研究物质扩散的规律可以指导工程师设计优化的反应器或分离设备。
结语化学物质扩散是一种重要的自然现象，在化学和生物学中都具有广泛的应用。
了解化学物质扩散的原理和影响因素可以帮助我们更好地应用和控制这个过程。
未来的研究和工程实践中，我们还需加强对化学物质扩散的深入研究，以推动科学技术的发展和应用的创新。
讨论影响扩散的因素
讨论影响扩散的因素
影响扩散的因素有很多，包括以下几个方面：
1. 浓度差异：扩散通常发生在浓度差异较大的区域之间。
浓度差异越大，扩散速率越快。
2. 温度：温度越高，分子的平均动能越大，扩散速率越快。
3. 分子大小：分子越小，其扩散速率越快。
较大的分子由于其尺寸较大，需要克服更大的阻力才能扩散。
4. 分子形状：分子的形状也会影响其扩散速率。
长而细的分子相对于球状分子来说，扩散速率会较慢。
5. 媒介物：扩散媒介物的性质也会影响扩散速率。
例如，扩散在液体中通常比在气体中快，因为液体分子之间的相互作用力较大。
6. 表面积：扩散速率与扩散表面积成正比。
表面积越大，扩散速率越快。
7. 扩散距离：扩散速率与扩散距离成反比。
扩散距离越大，扩散速率越慢。
8. 扩散介质的厚度：扩散速率与扩散介质的厚度成反比。
扩散介质越厚，扩散
速率越慢。
9. 外部条件：外部条件如压力、湿度等也会对扩散速率产生影响。
扩散现象的知识点总结
扩散现象的知识点总结一、定义扩散是指分子、离子或其他微观粒子由高浓度向低浓度扩散的过程。
在这一过程中，物质会在不同浓度区域间发生自发性的热运动，最终达到浓度均匀的状态。
二、扩散的原理1. 布朗运动：布朗运动是扩散现象最基本的原理之一。
物质在水平方向上不断做无规则的运动，这种无规则的运动导致了物质的扩散。
2. 浓度差驱动：扩散是由高浓度区域向低浓度区域自发性的运动。
浓度差是扩散的驱动力。
3. 气体分子的扩散：气体分子在容器内由高浓度区域向低浓度区域自发性地运动，从而实现了扩散。
这个过程是由气体分子的不断热运动所驱动的。
三、扩散的影响因素1. 温度：温度升高会加快分子的热运动速度，从而促进扩散的发生。
2. 浓度差：浓度差越大，扩散越快。
3. 扩散系数：扩散系数是评价某种物质在给定条件下的扩散速率的因素。
四、扩散的应用1. 生物学：细胞能够通过扩散的方式从细胞外部获取氧气和营养物质，排除废物。
2. 化学工业：化学反应中许多反应物和产物都需要通过扩散来实现。
3. 材料科学：扩散对于材料的热处理和表面处理具有重要意义。
五、扩散的研究方法1. 扩散试验：扩散试验是通过对实验条件的控制，通过测定扩散系数等参数来研究扩散现象。
2. 模拟计算：计算机模拟可以通过数值计算模拟扩散过程，进一步深入研究扩散现象。
3. 实验观察：通过显微镜等仪器观察扩散现象，了解扩散的过程和规律。
六、扩散的发展趋势1. 理论研究：扩散现象的理论研究将进一步深化，更精确的模型将被建立。
2. 技术应用：扩散技术将被应用到更多的领域，包括新材料的生产和表面处理等。
3. 环境保护：在环境保护领域，扩散技术将有望用于污染物的清除和处理。
综上所述，扩散现象是自然界中一种普遍存在的物理现象，它在生物学、化学工业、材料科学等领域都有重要的应用和研究价值。
通过对扩散现象的深入研究，可以更好地认识自然界的规律，推动科学技术的发展。
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 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。
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。
论扩散过程的影响因素及控制技术
△G 称为扩散活化能。其大小除了与温度有关外，还 取决于粒子在晶体中的境遇和粒子的迁移方式。
晶体中粒子迁移的方式，即扩散机制，有五种：
(a)易位扩散
(b)环形扩散 (c)间隙扩散 (d)准间隙扩散 (e)空位扩散
上述粒子扩散完全是由热振动引起的无序的、向任意 方向的迁移。要形成定向的扩散，必须有推动力，而 推动力一般就是浓度梯度。
二影响扩散过程的因素?温度和压力?材料的结构?组元特性和化学成分?结构缺陷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
论扩散过程的影响因 素及控制技术
组员：罗来雁 汪子亦 张亚丹
一、固体扩散机构
对于固体扩散，固体中的粒子迁移必须克服一定的势 垒△Gm，原子跳动频率对温度T十分敏感，T越高原 子平均动能越大，能跳入临近间隙位置的几率增大， 因此高的温度有助于扩散进行。 扩散系数是决定扩散速度的重要参量：
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。
三、扩散过程的控制技术
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。
组元特性和化学成分的影响
原子之间的结合键力越强，通常对应材料的熔点也越高， 激活能较大，扩散系数较小。材料的成分不同，即组成材料 的元素和比例不同，不同原子之间结合键能不一样，成分的 变化也影响不同类型结合键的相对数量，所以材料的成分变 化带来的影响有： （1）结合键能的不同，一种元素的数量(成分比例)可能改 变自己或其他元素的化学位，从而影响扩散的速度，甚至方 向； （2）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。
扩散 影响因素讲解
特点
1) 相变，扩散过程中有多相存在 2) 每一层均为单向区，不存在双相区 3) 相律分析 4) 浓度出现阶跃 讨论： ? 单相区内按菲克定律 ? 相界处平衡成分按相图
特殊情况
?扩散层中可能没有相图中固有的相 相界推进的速度不同，吃掉
?扩散层中可能出现相图中没有的亚稳相 非平衡情况，受动力学控制
1、温度的影响
D ? D0e? 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
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
热敏陶瓷
?三类： ?正温度系数热敏电阻（PTC）
BaTiO3 ?负温度系数热敏电阻（NTC）
Cu-Mn Co-Mn Ni-Mn MnCoO4 ?急剧变化热敏电阻（CTR）
VO2
气敏陶瓷
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
3、结构因素
?固溶体类型 间隙扩散一般激活能小，更快扩散 置换型固溶体扩散要慢得多
?晶体结构 α-Fe的自扩散系数大约是γ-Fe的240倍（912 ℃ ） Ni在α-Fe中的扩散系数是γ-Fe的1400倍（900 ℃ ）
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反应扩散 离子晶体的扩散
影响扩散的因素
1、温度 温度是影响扩散速率的最主要因素
D D0 e
Q RT
, T升高，D成指数急剧上升
在低温下，固体材料的扩散很小，可以忽略
C在 Fe中的扩散系数， : 1200 1300K T D增加了约3倍 D1200 1.611011 m 2 / s D1300 4.67 1011 m 2 / s
气敏陶瓷
SnO2 ZnO Fe2O3 ZrO2 CoO2-MgO
气体探测：燃气报警、汽车传感
• 湿敏陶瓷 MgCr2O4-TiO2 Si-Na2O-V2O5 • 光敏陶瓷 红外探测、CCD CdS CaSe PaS • 压敏陶瓷 压力传感器 ZnO
非化学计量比缺陷
结构性缺陷，非常有利于扩散 例： (1)FeO中添加Fe2O3 (2)ZrO2中添加CaO 当晶格中Fe2+被Fe3+替代后，必然出现+电 荷过量，从而出现负电荷空位以补偿。达 到电中性。
替换后过量的电荷数 空位数量 对应 离子的价数
离子晶体的扩散机制
1) 空位扩散 MgO中的Mg2+ 2) 间隙扩散 AgBr中的Ag13) 亚晶格间隙扩散，特例AgI CuI 离子电导 、超离子电导 在离子晶体中，热运动下会发生自扩散， 但各向扩散通量相当，无电流 当外加电场后，材料中的离子定向移动， 产生电流
3、结构因素
固溶体类型 间隙扩散一般激活能小，更快扩散 置换型固溶体扩散要慢得多 晶体结构 α-Fe的自扩散系数大约是γ-Fe的240倍（912 ℃ ） Ni在α-Fe中的扩散系数是γ-Fe的1400倍（900 ℃ ）
主要原因：体心立方结构间隙大，原子较易迁移 各相异性，最密排面扩散系数小
A' (C ) / t x 2 A' (C ) t x 2 B(C )t
离子晶体中的扩散
前面讨论的金属扩散，原子可以跃迁进入邻近 的任何空位或间隙—金属键的特性 但在离子晶体中，离子只能进入具有相同电荷 的位置 离子晶体中的缺陷 肖特基缺陷 阳离子空位+阴离子空位—缺陷离子对 弗仑克尔缺陷 填隙原子 空位 非化学计量比缺陷 掺杂
特点
1) 相变，扩散过程中有多相存在 2) 每一层均为单向区，不存在双相区 3) 相律分析 4) 浓度出现阶跃 讨论： 单相区内按菲克定律 相界处平衡成分按相图
特殊情况
扩散层中可能没有相图中固有的相
相界推进的速度不同，吃掉 扩散层中可能出现相图中没有的亚稳相 非平衡情况，受动力学控制
4、晶体缺陷-短路扩散
缺陷处原子处于较高的能态，易跃迁 缺陷处的扩散激活能比晶内小
表面扩散>界面扩散>点阵扩散
反应扩散
前面讲的主要是单相固溶体中的扩散，其 特点为：渗入的原子浓度小于其在基体中 的固溶度 反应扩散：一般出现在表面渗CN等处理中， 当某种元素通过扩散，自金属表面向内渗 透时，若渗入元素含量超过基体金属的溶 解度，会在扩散过程中出现新相，这种通 过扩散形成新相的现象称为多相扩散，习 惯上也称为相变扩散或反应扩散
m (Cra Car) 1 dx
C C Dra ( ) r ,a Dar ( ) a ,r 1 dt x x dx 1 C C Dra ( ) r ,a Dar ( ) a ,r dt (Cra Car ) x x 玻尔兹曼变换， x t C C 1 dC x X t d dx 1 ( DK ) ar ( DK ) ra 1 dt (Cra Car ) t
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
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 0和Q D 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
………… 电池：锂电池、燃料电池、传感器等
固体氧化物燃料电池（SOFC）
基本工作原理
燃料电池
1839年，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理
类型 磷酸盐型燃料 电池(PAFC) 煤气,天然气, 甲醇等 磷酸水溶液 多孔质石墨 (Pt催化剂) 含Pt催化剂+ 多孔 质石墨+Tefion -200℃ 融碳酸盐 型燃料电 池(MCFC) 煤气,天然 气,甲醇等 KLiCO3溶 盐 多孔质镍 (不要Pt催 化剂) 多孔 NiO(掺锂) -650℃ 固体氧化物型燃 料电池(SOFC) 聚合物离子膜燃 料电池(PEMFC)
传感器的关键材料 半导体陶瓷共同的特点：导电性随环境变化 • 热敏陶瓷 • 湿敏陶瓷 • 光敏陶瓷 • 压敏陶瓷 • 气敏陶瓷 ….
热敏陶瓷
三类： 正温度系数热敏电阻（PTC） BaTiO3 负温度系数热敏电阻（NTC） Cu-Mn Co-Mn Ni-Mn MnCoO4 急剧变化热敏电阻（CTR） VO2
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 nqi2 间隙机制 DT kT 空位机制
nq , f为空位机制相关因子， 1 f 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
燃料
电解质 阳极 电极 阴极 工作温 度
煤气,天然气,甲醇 纯H2 等
ZrO2-Y2O3(8 YSZ)
离子(Na离子)
Ni-ZrO2金属陶瓷 (不要Pt催化剂) LaxSr1xMn(Co)O3
800-1000℃
பைடு நூலகம்
多孔质石墨或Ni (Pt催化剂) 多孔质石墨或Ni (Pt催化剂)
-100℃
敏感陶瓷—半导体陶瓷