擴散系數分析英文解釋翻譯、擴散系數分析的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【機】 diffusivity analysis

分詞翻譯：

擴散系數的英語翻譯：

【化】 coefficient of diffusion; diffusion coefficient; diffusion constant
diffusivity
【醫】 coefficient of diffusion

分析的英語翻譯：

analyze; construe; analysis; assay
【計】 parser
【化】 analysis; assaying
【醫】 analysis; anslyze
【經】 analyse

專業解析

擴散系數分析（Diffusion Coefficient Analysis）是研究物質中粒子（如原子、分子、離子）因熱運動導緻從高濃度區域向低濃度區域遷移速率的關鍵物理化學分析手段。其核心參數擴散系數（Diffusion Coefficient, D）定量表征了該擴散過程的快慢程度。

一、核心概念與定義

擴散系數 (Diffusion Coefficient, D):
在菲克定律（Fick's laws）框架下，擴散系數定義為物質通量（單位時間通過單位面積的物質量）與濃度梯度之間的比例常數。一維穩态擴散的菲克第一定律表示為：

$$ J = -D frac{partial C}{partial x} $$

其中 J 是擴散通量（mol·m⁻²·s⁻¹），$frac{partial C}{partial x}$ 是濃度梯度（mol·m⁻⁴），負號表示擴散方向與濃度梯度增加方向相反。擴散系數 D 的單位為 m²·s⁻¹ 。

漢英對照：擴散系數 - Diffusion Coefficient。
擴散系數分析 (Diffusion Coefficient Analysis):
指通過實驗測量、理論計算或模拟方法來确定物質在特定介質（氣體、液體、固體）中的擴散系數，并研究其影響因素（如溫度、濃度、壓力、介質性質）及内在機制（如擴散路徑、活化能）的過程。

漢英對照：擴散系數分析 - Diffusion Coefficient Analysis。

二、物理意義與重要性

擴散系數直接反映粒子遷移的難易程度：

值越大：粒子運動能力強，擴散速度快（如氣體中的擴散）。
值越小：粒子受束縛強，擴散速度慢（如固體中的擴散）。
該參數對理解反應動力學、材料加工（如熱處理、燒結）、生物膜傳輸、環境污染物遷移、電池電解質設計等至關重要。

三、主要分析方法

實驗測定法：
- 濃度剖面法：測量擴散偶（Diffusion Couple）界面附近濃度隨距離的變化，通過菲克第二定律拟合求解 D。
- 示蹤劑法：使用放射性或穩定同位素示蹤原子，通過剖面分析或解吸動力學計算 D（如SIMS, RBS）。
- 電化學法：基于擴散控制的電流響應（如計時電流法）計算溶液中離子的 D。
- 核磁共振法 (NMR/PFG-NMR)：利用磁場梯度脈沖測量分子的均方位移，直接計算自擴散系數。
計算與模拟法：
- 分子動力學模拟 (MD)：通過模拟粒子運動軌迹計算均方位移（MSD），依據愛因斯坦關系式求 D：
  $$ D = lim_{t to infty} frac{1}{6t} langle | mathbf{r}(t) - mathbf{r}(0) |^{2} rangle $$
- 第一性原理計算：結合過渡态理論估算擴散能壘，推導 D 。

四、典型應用領域

材料科學：合金元素互擴散、半導體摻雜、燃料電池電極/電解質性能優化。
化學工程：反應器設計、催化劑内擴散效率評估、膜分離技術。
地球與環境科學：土壤/地下水污染物遷移模拟、礦物形成動力學。
生物與醫藥：藥物跨膜輸送、代謝物在細胞内的擴散速率。
能源技術：锂離子電池中锂離子在電極材料及電解質中的擴散行為。

權威參考文獻

Crank, J. The Mathematics of Diffusion. Oxford University Press. (菲克定律經典論述)
Shewmon, P. G. Diffusion in Solids. Springer. (固體擴散理論與實驗方法)
Callen, H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. Wiley. (擴散的統計力學基礎)
Levenspiel, O. Chemical Reaction Engineering. Wiley. (擴散對反應工程的影響)
National Institute of Standards and Technology (NIST) Database. Diffusion in Materials. https://materialsdata.nist.gov (擴散系數數據資源)
Einstein, A. Investigations on the Theory of Brownian Movement. Dover Publications. (擴散的分子理論基礎)

網絡擴展解釋

擴散系數分析是通過研究物質擴散速率及其影響因素，揭示物質傳輸機制的關鍵方法。以下是其核心要點：

一、擴散系數的定義

擴散系數（D）是描述物質在介質中擴散能力的物理量，定義為濃度梯度為1時，單位時間内通過單位面積的物質質量或摩爾數。單位為m²/s或cm²/s，與動量擴散系數、熱量擴散系數單位一緻。

二、主要影響因素

溫度：與擴散系數成正比（D ∝ T³/²），溫度升高加速分子熱運動。
介質性質：包括孔隙結構（如多孔介質中的路徑複雜度）、粘度（液體中D比氣體低1個數量級）。
壓力：與氣體擴散系數成反比（D ∝ p⁻¹），高壓下分子自由程減小。
粒子特性：粒子半徑（D ∝ 1/r²）和碰撞截面（σ²）直接影響擴散能力。

三、計算方法

理論公式：
- 分子動力學公式：
  $$D = frac{kT}{N_A sigma R}$$
  其中k為玻爾茲曼常數，T為溫度，N_A為阿伏伽德羅常數。
- 愛因斯坦-斯莫魯霍夫斯基方程（適用于流體）：
  $$D = frac{kT}{6pieta r}$$
  η為介質粘度，r為粒子半徑。
經驗公式：
吉利蘭公式估算氣體間擴散系數：
$$D = frac{0.00155T^{3/2}}{p(mu_A^{1/2} + mu_B^{1/2})}(V_A^{1/3} + V_B^{1/3})}$$
其中μ為分子量，V為液态摩爾體積。

四、應用領域

化學與生物：核磁共振（DOSY技術）通過擴散系數差異分離混合物成分，用于分析生物分子相互作用。
環境科學：模拟污染物在土壤/地下水中的遷移，評估污染風險。
石油工程：預測油藏中流體分布，優化開采策略。
材料科學：固相擴散（如金屬滲碳）影響材料性能，D值比液相低約1個數量級。

五、實驗測定

需通過實驗獲取精确值，常用方法包括：

氣相/液相色譜法：測量物質在色譜柱中的擴散行為。
核磁共振（NMR）：利用梯度磁場編碼分析分子擴散速率。
滲透法：通過多孔介質中的擴散通量反推D值。

擴展閱讀：本征擴散系數（Intrinsic diffusion coefficient）指合金中組元在濃度梯度驅動下的擴散行為，需區分自擴散與濃度梯度擴散。

如需更完整的公式參數或實驗方法細節，可參考IEEE-TIM文獻及物理化學手冊。