材料科学基础电子课件-一扩散.pptx

材料科学与工程学院材料科学基础

重点内容：1、固体中质点扩散的特点和扩散动力学方程：扩散第一、第二定律、扩散方程的求解；2、扩散驱动力及扩散机制：间隙扩散、置换扩散、空位扩散；3、扩散系数、扩散激活能、影响扩散的因素。第7章固体材料中的扩散

wateraddingdyepartialmixinghomogenizationtime

扩散现象(diffusion)原子或离子迁移的微观过程以及由此引起的宏观现象。半导体掺杂固溶体的形成离子晶体的导电固相反应相变烧结材料表面处理扩散

?表面硬化:--Diffusecarbonatomsintothehostironatomsatthesurface.--Exampleofinterstitialdiffusionisacasehardenedgear.?Result:TheCaseis--hardtodeform:Catomslockplanesfromshearing.--hardtocrack:Catomsputthesurfaceincompression.8扩散的应用(1)

?在硅中掺杂磷制备N型半导体:?Process:91.DepositPrichlayersonsurface.2.Heatit.3.Result:Dopedsemiconductorregions.SEMimagesanddotmaps扩散的应用(2)

在稳态扩散中，单位时间内通过垂直于给定方向的单位面积的净原子数（称为通量）不随时间变化，即任一点的浓度不随时间变化。7.1扩散定律稳态扩散与非稳态扩散在非稳态扩散中，通量随时间而变化。

AdolfFick,CreatedtheContactLensAdolfFick,aGermanphysiologistandinventor,wasbornonAugust3rd,1829,inKassel,Germany.In1855,heintroduced“Fick’sLawofDiffusion”whichdescribedthedispersalofgasasitpassesthroughafluidmembrane.AnastigmatisminhiseyesledFicktoexploretheideaofacontactlens,whichhesuccessfullycreatedin1887.Hisotherresearchresultedinthedevelopmentofatechniquetomeasurecardiacoutput.AdolfFick’sworkservedasavitalprecursorinthestudiesofbiophysics,cardiology,criticalcaremedicine,andvision.

Fick的经典实验SolidNaClFreshWater饱和溶液浓度为0

单位：扩散通量，J，atoms/(m2·s)或kg/(m2·s)扩散系数，D，m2/s；浓度梯度，，atoms/(m3·m)或kg/(m3·m)扩散通量浓度梯度扩散系数1855年7.1.1菲克第一定律(Fick’sFirstLaw)在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质量（通称扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。

“-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散由高浓度向低浓度区进行。

傅立叶定律热流菲克第一定律质量流欧姆定律电流

在扩散过程中扩散物质的浓度随时间而变化。非稳态扩散时，在一维情况下，菲克第二定律的表达式为式中：c为扩散物质的体积浓度（atoms/m3或kg/m3）；t为扩散时间（s）；x为扩散距离（m）。7.1.2菲克第二定律(Fick’sSecondLaw)

14?Toconservematter:?FicksFirstLaw:?GoverningEqn.:

1.扩散第一方程7.1.3扩散方程的求解假设D与浓度无关。扩散第一方程可直接用于描述稳定扩散过程