Atomare Diffusion - Wikipedia

Leerstanddiffusion ist ein Diffusionsprozess, bei dem die zufällig thermisch aktivierte Bewegung von Atomen in einem Festkörper zum Nettotransport von Atomen führt. Beispielsweise können Heliumatome in einem Ballon durch die Wand des Ballons diffundieren und entweichen, was dazu führt, dass der Ballon langsam entleert wird. Andere Luftmoleküle (z. B. Sauerstoff, Stickstoff) haben geringere Beweglichkeiten und diffundieren somit langsamer durch die Ballonwand. In der Ballonwand gibt es einen Konzentrationsgradienten, da der Ballon anfangs mit Helium gefüllt war und daher innen reichlich Helium vorhanden ist, außen jedoch relativ wenig Helium (Helium ist kein Hauptbestandteil der Luft). Die Transportgeschwindigkeit wird durch die Diffusivität und den Konzentrationsgradienten bestimmt.

In Kristallen [ edit ]

Atomdiffusion über ein 4-fach koordiniertes Gitter. Beachten Sie, dass sich die Atome oft gegenseitig blockieren, um sich zu benachbarten Orten zu bewegen. Nach dem Fick'schen Gesetz ist der Nettofluss (oder die Bewegung von Atomen) immer in entgegengesetzter Richtung zum Konzentrationsgradienten.

Im kristallinen Festkörper erfolgt die Diffusion innerhalb des Kristallgitters entweder durch Interstitial- oder Substitutionsmechanismen, auf die Bezug genommen wird als Gitterdiffusion. ^[1] Bei der interstitiellen Gitterdiffusion diffundiert ein Diffusionsmittel (wie etwa C in einer Eisenlegierung) zwischen die Gitterstruktur eines anderen kristallinen Elements. Bei der Substitutionsgitterdiffusion (zum Beispiel Selbstdiffusion) kann sich das Atom nur bewegen, indem der Platz durch ein anderes Atom ersetzt wird. Die Substitutionsgitterdiffusion hängt oft von der Verfügbarkeit von Punktleerstellen im gesamten Kristallgitter ab. Diffundierende Partikel wandern durch den schnellen, im Wesentlichen zufälligen Sprung von Punkt zu Punkt zu Punkt (Sprungdiffusion).

Da die Prävalenz von Punktleerstellen gemäß der Arrhenius-Gleichung steigt, steigt die Geschwindigkeit der Kristallfestkörperdiffusion mit der Temperatur.

Für ein einzelnes Atom in einem defektfreien Kristall kann die Bewegung durch das "Random Walk" -Modell beschrieben werden. In 3-Dimensionen kann gezeigt werden, dass nach ${ displaystyle n}$ Längensprüngen ${19659010]$ Das Atom hat sich im Durchschnitt um folgende Entfernung bewegt:

$. . ] r = alpha cdot sqrt {n}. "/>$

Wenn die Sprungfrequenz durch ${ displaystyle T}$ (in Sprüngen pro Sekunde) und Zeit gegeben ist ist gegeben durch ${ displaystyle t}$ t, dann ${ displaystyle r}$ ist proportional zur Quadratwurzel von ${ displaystyle Tt}$:

${\displaystyle r19\; <!--\; \sim \; -->\sqrt{Tt}.}$

Diffusion in polykristallinen Materialien kann Kurzschlussdiffusionsmechanismen beinhalten. Entlang der Korngrenzen und bestimmten kristallinen Defekten, wie beispielsweise Versetzungen, gibt es beispielsweise mehr offenen Raum, wodurch eine geringere Aktivierungsenergie für die Diffusion ermöglicht wird. Die Atomdiffusion in polykristallinen Materialien wird daher häufig unter Verwendung eines effektiven Diffusionskoeffizienten modelliert, der eine Kombination aus Gitter und Korngrenzendiffusionskoeffizienten ist. Im Allgemeinen tritt die Oberflächendiffusion viel schneller auf als die Korngrenzendiffusion, und die Korngrenzendiffusion erfolgt viel schneller als die Gitterdiffusion.

Siehe auch [ edit ]

Referenzen [ edit

1. ^ Heitjans, P .; Karger, J., Hrsg. (2005). Diffusion in kondensierter Materie: Methods, Materials, Models (2. Aufl.). Birkhauser. ISBN 3-540-20043-6.

Externe Links [ edit