
【化】 ion migration; ionic migration; migration of ions
离子迁移(Ion Migration)指带电离子(Ions)在电场、浓度梯度或其他驱动力作用下发生的定向移动过程。该现象广泛存在于电化学、材料科学及生物体系中,其核心是离子脱离原有位置向新位置转移的动态行为。
离子(Ion)
指原子或分子失去或获得电子后形成的带电粒子,分为阳离子(正电荷,如 Na⁺)和阴离子(负电荷,如 Cl⁻)。
英文释义:An atom or molecule with a net electric charge due to loss or gain of electrons.
迁移(Migration)
强调离子在势能差(如电势差、化学势差)驱动下的宏观定向运动,区别于无规则热运动。
英文释义:The directed movement of ions under an applied force field.
电场驱动迁移
在电解质溶液或固体电解质中,外加电场使阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,形成电流。该过程遵循能斯特-普朗克方程(Nernst-Planck Equation):
$$ J_i = -D_i abla c_i - frac{z_i F D_i}{RT} c_i abla phi $$
其中 ( J_i ) 为离子通量,( D_i ) 为扩散系数,( z_i ) 为电荷数,( phi ) 为电势。
浓度梯度驱动扩散
离子从高浓度区域向低浓度区域扩散,满足菲克定律(Fick's Law),常见于生物细胞离子交换。
电化学器件
锂离子电池中锂离子(Li⁺)在充放电时于正负极间迁移,实现能量存储与释放 。燃料电池的质子(H⁺)穿过电解质膜也依赖迁移过程。
生物膜传输
神经信号传导依赖钠离子(Na⁺)、钾离子(K⁺)跨神经元膜的迁移,形成动作电位 。
材料老化现象
半导体器件中金属离子(如 Cu²⁺)的迁移可能引起电路短路,称为"电迁移失效"(Electromigration)。
权威参考来源:
- IUPAC电化学术语指南(国际纯粹与应用化学联合会)
- 生物物理学期刊:膜离子通道机制(Journal of General Physiology)
- IEEE电子器件失效分析手册(IEEE Standard 1233)
离子迁移是指带电粒子(离子)在电场或浓度梯度作用下的定向移动现象。这一现象在多个领域具有重要应用,以下从定义、原理、应用及影响等方面进行分点说明:
离子迁移可分为广义和狭义两种:
主要驱动因素包括:
如需进一步了解特定领域(如测试标准或迁移数测定),可参考来源、5、6、10的详细内容。
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