
【化】 bulk diffusion
body; style; substance; system
【计】 body
【医】 body; corpora; corps; corpus; leukocytic crystals; scapus; shaft; soma
Somato-
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【计】 scattering
【化】 scatter
【医】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
体扩散(Bulk Diffusion)是材料科学和固态物理学中的核心概念,指原子或分子在固体材料内部(晶格主体)通过点缺陷迁移的宏观物质传输过程。该现象在半导体制造、合金热处理和电池材料研发中具有关键作用。根据《牛津材料科学词典》(Oxford Dictionary of Materials Science),体扩散的驱动力主要源于化学势梯度,遵循菲克第一定律的数学描述:
$$ J = -D frac{partial C}{partial x} $$
其中$J$为扩散通量,$D$是扩散系数,$frac{partial C}{partial x}$表示浓度梯度。美国国家标准技术研究院(NIST)的研究表明,体扩散系数受温度影响的阿伦尼乌斯方程可表示为$D = D_0 exp(-Q/RT)$,活化能$Q$与晶格结构密切相关。
剑桥大学材料系实验数据显示,体扩散在单晶硅掺杂工艺中呈现各向异性特征,沿<111>晶向的扩散速率比<100>方向低约30%(《固态扩散原理》,Cambridge University Press)。该过程与表面扩散的本质区别在于:体扩散需克服更高能量势垒,且主要依赖空位机制而非吸附-解吸机制。
体扩散(又称点阵扩散或晶格扩散)是物质在固体内部通过原子、离子或分子的热运动进行迁移的现象。以下是详细解释:
体扩散指原子在晶体结构内部(而非沿晶界、表面或缺陷区域)的迁移过程。其核心机制是空位扩散,即原子通过移动到邻近的空位位置实现迁移。这种扩散需要克服晶格间的能量势垒,通常需要较高温度提供足够动能。
特征 | 体扩散 | 表面扩散 |
---|---|---|
发生区域 | 晶体内部 | 固体表面或近表面区域 |
活化能 | 较高(需克服晶格束缚) | 较低(表面原子结合力弱) |
速率 | 较慢 | 较快 |
主导因素 | 空位浓度与温度 | 表面形貌与化学势梯度 |
扩散现象的本质是粒子热运动导致的物质迁移,其速率可通过公式描述: $$ J = -D frac{partial C}{partial x} $$ 其中,$J$为扩散通量,$D$为扩散系数,$frac{partial C}{partial x}$为浓度梯度。体扩散系数通常远小于表面扩散系数,因其需要更高能量克服晶格束缚。
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