
【化】 bulk diffusion
body; style; substance; system
【計】 body
【醫】 body; corpora; corps; corpus; leukocytic crystals; scapus; shaft; soma
Somato-
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【計】 scattering
【化】 scatter
【醫】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
體擴散(Bulk Diffusion)是材料科學和固态物理學中的核心概念,指原子或分子在固體材料内部(晶格主體)通過點缺陷遷移的宏觀物質傳輸過程。該現象在半導體制造、合金熱處理和電池材料研發中具有關鍵作用。根據《牛津材料科學詞典》(Oxford Dictionary of Materials Science),體擴散的驅動力主要源于化學勢梯度,遵循菲克第一定律的數學描述:
$$ J = -D frac{partial C}{partial x} $$
其中$J$為擴散通量,$D$是擴散系數,$frac{partial C}{partial x}$表示濃度梯度。美國國家标準技術研究院(NIST)的研究表明,體擴散系數受溫度影響的阿倫尼烏斯方程可表示為$D = D_0 exp(-Q/RT)$,活化能$Q$與晶格結構密切相關。
劍橋大學材料系實驗數據顯示,體擴散在單晶矽摻雜工藝中呈現各向異性特征,沿<111>晶向的擴散速率比<100>方向低約30%(《固态擴散原理》,Cambridge University Press)。該過程與表面擴散的本質區别在于:體擴散需克服更高能量勢壘,且主要依賴空位機制而非吸附-解吸機制。
體擴散(又稱點陣擴散或晶格擴散)是物質在固體内部通過原子、離子或分子的熱運動進行遷移的現象。以下是詳細解釋:
體擴散指原子在晶體結構内部(而非沿晶界、表面或缺陷區域)的遷移過程。其核心機制是空位擴散,即原子通過移動到鄰近的空位位置實現遷移。這種擴散需要克服晶格間的能量勢壘,通常需要較高溫度提供足夠動能。
特征 | 體擴散 | 表面擴散 |
---|---|---|
發生區域 | 晶體内部 | 固體表面或近表面區域 |
活化能 | 較高(需克服晶格束縛) | 較低(表面原子結合力弱) |
速率 | 較慢 | 較快 |
主導因素 | 空位濃度與溫度 | 表面形貌與化學勢梯度 |
擴散現象的本質是粒子熱運動導緻的物質遷移,其速率可通過公式描述: $$ J = -D frac{partial C}{partial x} $$ 其中,$J$為擴散通量,$D$為擴散系數,$frac{partial C}{partial x}$為濃度梯度。體擴散系數通常遠小于表面擴散系數,因其需要更高能量克服晶格束縛。
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