扩散 影响因素讲解
《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。
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。
扩散-影响因素
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
九年级扩散现象知识点总结
九年级扩散现象知识点总结扩散现象是物质分子间由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。
它在日常生活中无处不在，尤其在化学和物理领域中具有重要的意义。
以下是九年级扩散现象的相关知识点总结。
一、扩散的定义和特征扩散是指物质分子由高浓度区域向低浓度区域的自发传播。
其特征包括：1.随机性：扩散过程中，物质的传播是无规律的，按照分子的自身能量和碰撞运动来实现的。
2.基于浓度差异：扩散的驱动力是浓度差异，高浓度区域的分子会向低浓度区域移动，直到达到平衡。
二、扩散的影响因素1.温度：温度越高，分子的运动速度越快，扩散速率越快。
2.浓度差异：浓度差异越大，扩散速率越快。
3.分子大小和性质：分子体积越小，化学性质越活泼的物质扩散速率越快。
三、扩散的应用1.气体扩散：气体分子由高浓度区域向低浓度区域传播，是空气和气体混合的基本机制。
2.液体扩散：液体分子间的扩散现象主要体现在溶液中，例如染料在水中的扩散过程。
3.固体扩散：在固体中，离子扩散是晶体生长和固体反应的关键过程。
四、扩散与生活相关的例子1.煮汤时的味道：当我们在家中煮汤或炖菜时，随着时间的推移，香味会扩散到整个房间中。
2.香水的散发：喷洒香水后，香气会通过空气中的扩散，逐渐弥散到周围环境中。
3.口香糖的味道：咀嚼口香糖时，香味会通过扩散作用进入我们的鼻腔，产生味觉上的感知。
4.花香的传播：当我们在花园中走过时，花朵散发的香气会通过空气中的扩散作用传达到我们的鼻子里。
五、扩散与环境问题的关系1.空气污染：城市中的污染源释放出的有害气体，如二氧化硫和氮氧化物，通过扩散作用扩散到周边地区，引发空气污染问题。
2.水污染：废水中的有毒物质和溶解的污染物，通过水中分子的扩散现象，影响到水质的稳定性和生态环境。
总结起来，九年级的扩散现象知识点主要包括扩散的定义和特征、影响因素、应用领域以及与生活和环境问题的关系。
加深对扩散现象的理解，有助于我们更好地理解周围世界中所发生的化学和物理过程，以及人类活动对环境的影响。
扩散原理资料
扩散原理
一、引言
在日常生活和自然界中，我们经常会遇到物质或信息的扩散现象。
扩散原理是指物质或信息在不同浓度或压力条件下自发地向稀释或低压的区域传播的过程。
本文将探讨扩散的基本原理、影响扩散速率的因素以及实际应用中的例子。
二、扩散的基本原理
1.分子运动: 扩散的起源在于分子的热运动。
在高浓度区域，粒子间的
相互作用使得粒子倾向于向周围空间移动，从而实现向低浓度区域的传播。
2.浓度梯度: 扩散过程中，粒子会沿着浓度梯度从高浓度移到低浓度区
域。
当浓度差异较大时，扩散速率较快；反之，速率较慢。
三、影响扩散速率的因素
1.温度: 高温下，分子具有更大的动能，扩散速率增大；低温下，则减
慢扩散速率。
2.浓度差: 浓度差异越大，扩散速率越快。
3.扩散距离: 扩散距离越短，速率越快。
4.介质性质: 不同物质在不同介质中的扩散速率也会有所不同。
四、扩散的应用
1.气体扩散: 烟雾蔓延、香味传播等现象均与气体扩散有关。
2.液体中的扩散: 溶质在溶剂中扩散的速率影响着溶液的均匀程度。
3.生物体内的扩散: 细胞膜通透性、氧气通过呼吸道等都与扩散过程相
关。
五、结论
扩散原理是自然界中普遍存在的现象，其基本原理可以帮助我们理解许多日常生活中的现象与实际问题。
通过深入研究扩散的机制和影响因素，我们可以更好地利用扩散原理，解决生活和科学领域中的相关问题。
以上是对扩散原理的简要介绍，希望能为读者提供一定的帮助和启发。
双扩散的影响因素
双扩散的影响因素
双扩散是指在扩散系数和扩散浓度之间存在相互作用的扩散过程。
影响双扩散的因素主要包括以下几个方面：
1. 温度：温度对扩散系数和扩散浓度都有影响。
一般来说，随着温度的升高，扩散系数会增大，扩散速率加快。
而扩散浓度受温度影响主要表现为浓度的变化。
在高温下，离子和原子的活动性增加，扩散浓度也会增高。
2. 浓度梯度：浓度梯度是驱动扩散的主要力量之一。
浓度梯度的大小会影响扩散速率，浓度梯度越大，扩散速率越快。
3. 扩散物质的性质：扩散物质的性质也会影响双扩散过程。
例如，不同物质的分子或离子大小、极性等特性不同，会导致其扩散系数不同，从而影响扩散速率。
4. 孔隙结构：孔隙结构的大小和形状会影响扩散物质在材料中的传输速率。
孔隙结构越复杂，扩散速率越慢；孔隙结构越大，扩散速率越快。
5. 材料的物理和化学性质：材料的物理和化学性质也会影响双扩散过程。
例如，材料的晶格结构、化学成分等会影响扩散物质在材料中的传输速率和浓度分布。
总之，双扩散的影响因素较为复杂，综合考虑以上几个方面的因素可以更好地理解和预测双扩散过程。
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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 ℃ ）
dx dt
?
(Cra
? 1
? Car ) (DK )ar
?
(DK
)
ra
?
1 t
? A'(C) / t
x ? 2A'(C) t x2 ? 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
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)
固体氧化物型燃 聚合物离子膜燃 料电池(SOFC) 料电池(PEMFC)
煤气,天然气,甲醇 等
纯H2
ZrO2-Y2O3(8 YSZ) 离子(Na离子)
Ni-ZrO2金属陶瓷 多孔质石墨或Ni
(不要Pt催化剂) (Pt催化剂)
LaxSr1xMn(Co)O3
多孔质石墨或Ni (Pt催化剂)
-200℃
-650℃
800-1000℃
-100℃
敏感陶瓷—半导体陶瓷
?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 ….
………… 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
燃料
电解质
阳极 电极 阴极
工作温 度
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
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
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
?间隙机制 ?空位机制
? ? nqi2
DT kT
? ? nqi2 , f为空位机制相关因子，f ? 1
DT fkT
离子导电陶瓷
?氧离子导体 ZrO2 CaTiO3 ?钠离子导体 Na β-Al 2O3 ?锂 离子导体 Li β-Al 2O3 Li 3N ?氢离子导体 H β-Al 2O3
?m ? (Cra ? Car) ?1?dx
?
????
?C Dra ( ?x )r,a
?
Dar
(
?C ?x
)
a
,r
? ??
?1
?dt
dx dt
?
(Cra
1 ?
Car
ห้องสมุดไป่ตู้
)
????
Dra
(
?C ?x
)
r
,a
?
Dar
(
?C ?x
)
a
,r
? ??
玻尔兹曼变换， ? ? x
t
?C ? ?C ??? ? 1 dC ?x ?? ?X t d?
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
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
?影响扩散的因素 ?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
?Q
?e 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， T :1200 ? 1300K
D增加了约3倍 D1200 ? 1.61? 10?11 m2 / s D1300 ? 4.67 ? 10?11 m2 / s
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。
?
空位数量
?
?
替换后过量的电荷数 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，