
【化】 ion migration; ionic migration; migration of ions
離子遷移(Ion Migration)指帶電離子(Ions)在電場、濃度梯度或其他驅動力作用下發生的定向移動過程。該現象廣泛存在于電化學、材料科學及生物體系中,其核心是離子脫離原有位置向新位置轉移的動态行為。
離子(Ion)
指原子或分子失去或獲得電子後形成的帶電粒子,分為陽離子(正電荷,如 Na⁺)和陰離子(負電荷,如 Cl⁻)。
英文釋義:An atom or molecule with a net electric charge due to loss or gain of electrons.
遷移(Migration)
強調離子在勢能差(如電勢差、化學勢差)驅動下的宏觀定向運動,區别于無規則熱運動。
英文釋義:The directed movement of ions under an applied force field.
電場驅動遷移
在電解質溶液或固體電解質中,外加電場使陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,形成電流。該過程遵循能斯特-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 ) 為離子通量,( D_i ) 為擴散系數,( z_i ) 為電荷數,( phi ) 為電勢。
濃度梯度驅動擴散
離子從高濃度區域向低濃度區域擴散,滿足菲克定律(Fick's Law),常見于生物細胞離子交換。
電化學器件
锂離子電池中锂離子(Li⁺)在充放電時于正負極間遷移,實現能量存儲與釋放 。燃料電池的質子(H⁺)穿過電解質膜也依賴遷移過程。
生物膜傳輸
神經信號傳導依賴鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)跨神經元膜的遷移,形成動作電位 。
材料老化現象
半導體器件中金屬離子(如 Cu²⁺)的遷移可能引起電路短路,稱為"電遷移失效"(Electromigration)。
權威參考來源:
- IUPAC電化學術語指南(國際純粹與應用化學聯合會)
- 生物物理學期刊:膜離子通道機制(Journal of General Physiology)
- IEEE電子器件失效分析手冊(IEEE Standard 1233)
離子遷移是指帶電粒子(離子)在電場或濃度梯度作用下的定向移動現象。這一現象在多個領域具有重要應用,以下從定義、原理、應用及影響等方面進行分點說明:
離子遷移可分為廣義和狹義兩種:
主要驅動因素包括:
如需進一步了解特定領域(如測試标準或遷移數測定),可參考來源、5、6、10的詳細内容。
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