
【化】 mutual diffusion
each other; mutual
diffuse; pervasion; proliferate; spread
【計】 scattering
【化】 scatter
【醫】 diffuse; diffusion; extensioin; generalization; generalize; irradiation
互擴散(Mutual Diffusion)是物質科學和化學工程領域的核心概念,指兩種或多種物質在接觸界面因濃度梯度驅動而發生雙向質量遷移的現象。該過程強調物質間的相互作用,常見于合金形成、半導體材料制備及生物膜滲透等場景。
從漢英對照角度分析,"互擴散"對應的英文術語為"interdiffusion"或"mutual diffusion"(《英漢材料科學大詞典》,2022版)。其本質是不同組元原子通過晶格間隙或空位機制進行位置互換,擴散速率遵循菲克第二定律: $$ frac{partial C}{partial t} = D abla C $$ 其中D為互擴散系數,受溫度、晶體結構和原子半徑差等因素影響。
在工業應用中,美國國家标準技術研究院(NIST)的研究表明,鎳基高溫合金的抗氧化性能提升,正是通過控制鉻、鋁元素的互擴散形成緻密氧化層(《先進材料制備技術》,Springer出版)。該現象在集成電路銅互連工藝中同樣關鍵,銅與阻擋層材料的互擴散控制直接決定芯片可靠性。
互擴散是物質擴散現象中的一種重要類型,其核心特征和機制可歸納如下:
互擴散指兩種或多種不同組分(如氣體、液體或固體中的原子/分子)在濃度梯度或化學位梯度驅動下,發生方向相反、通量相等的相互遷移現象。例如混合氣體中不同成分分子從高密度區向低密度區的遷移。
•濃度梯度驅動:當物質分布不均時,組分從高濃度區域向低濃度區域遷移(下坡擴散)
•化學位梯度驅動:在更複雜情況下,即使濃度梯度為零,化學位差異仍可引發擴散(上坡擴散)
按擴散方向
按相變特征
作為互擴散的特例,發生在組分性質極其相近的體系中(如同位素之間)。此時兩種組分的擴散速率趨于相等,遷移過程具有對稱性。例如碳-12與碳-14同位素的相互擴散。
該現象廣泛存在于材料科學(合金制備)、半導體工藝(摻雜技術)、地質學(礦物形成)等領域。在工程實踐中,互擴散系數是預測材料性能演變的重要參數。
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