
【化】 mutual diffusion
each other; mutual
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【计】 scattering
【化】 scatter
【医】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
互扩散(Mutual Diffusion)是物质科学和化学工程领域的核心概念,指两种或多种物质在接触界面因浓度梯度驱动而发生双向质量迁移的现象。该过程强调物质间的相互作用,常见于合金形成、半导体材料制备及生物膜渗透等场景。
从汉英对照角度分析,"互扩散"对应的英文术语为"interdiffusion"或"mutual diffusion"(《英汉材料科学大词典》,2022版)。其本质是不同组元原子通过晶格间隙或空位机制进行位置互换,扩散速率遵循菲克第二定律: $$ frac{partial C}{partial t} = D abla C $$ 其中D为互扩散系数,受温度、晶体结构和原子半径差等因素影响。
在工业应用中,美国国家标准技术研究院(NIST)的研究表明,镍基高温合金的抗氧化性能提升,正是通过控制铬、铝元素的互扩散形成致密氧化层(《先进材料制备技术》,Springer出版)。该现象在集成电路铜互连工艺中同样关键,铜与阻挡层材料的互扩散控制直接决定芯片可靠性。
互扩散是物质扩散现象中的一种重要类型,其核心特征和机制可归纳如下:
互扩散指两种或多种不同组分(如气体、液体或固体中的原子/分子)在浓度梯度或化学位梯度驱动下,发生方向相反、通量相等的相互迁移现象。例如混合气体中不同成分分子从高密度区向低密度区的迁移。
•浓度梯度驱动:当物质分布不均时,组分从高浓度区域向低浓度区域迁移(下坡扩散)
•化学位梯度驱动:在更复杂情况下,即使浓度梯度为零,化学位差异仍可引发扩散(上坡扩散)
按扩散方向
按相变特征
作为互扩散的特例,发生在组分性质极其相近的体系中(如同位素之间)。此时两种组分的扩散速率趋于相等,迁移过程具有对称性。例如碳-12与碳-14同位素的相互扩散。
该现象广泛存在于材料科学(合金制备)、半导体工艺(掺杂技术)、地质学(矿物形成)等领域。在工程实践中,互扩散系数是预测材料性能演变的重要参数。
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