Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Hasonló dokumentumok
Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Diffúzió 2003 március 28

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

Reális kristályok, kristályhibák

Reakciókinetika és katalízis

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Kémiai reakciók sebessége

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Elektromos vezetési tulajdonságok

Az atomok elrendeződése

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Szabadentalpia nyomásfüggése

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Reakció kinetika és katalízis

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

Transzportjelenségek

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Szigetelők Félvezetők Vezetők

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Ötvözetek, állapotábrák. Az előadás során megismerjük: Ötvözetek szerkezete Homogén?

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

Általános Kémia, 2008 tavasz

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Szemcsehatárcsúszás és sebességérzékenységi tényező ultra-finomszemcsés Al-30Zn ötvözet plasztikus deformációjában. Visegrád 2011

Termodinamika (Hőtan)

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Reológia Mérési technikák

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

KRISTÁLYHIBÁK. Rácsot összetartó erők

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

1. SI mértékegységrendszer

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

Spontaneitás, entrópia

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Spontaneitás, entrópia

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Transzportfolyamatok

Sejtek membránpotenciálja

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Dr. Kopecskó Katalin

5. Laboratóriumi gyakorlat

Légköri termodinamika

Mérés és adatgyűjtés

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

HŐKEZELÉS 2016/2017 ősz BMEGEMTAGM3

BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Trendek az anyagtudományban Vezetési jelenségek Dr. Mészáros István 2013.

Az ideális Fermi-gáz termodinamikai mennyiségei

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Átírás:

Diffúzió Diffúzió - traszportfolyamat (fonon, elektron, atom, ion, hőmennyiség...) Elektromos vezetés (Ohm) töltés áram elektr. potenciál grad. Hővezetés (Fourier) energia áram hőmérséklet különbség Kémiai reakció anyagátalakulás affinitás Diffúzió (Fick) anyag áram kémiai potenciál különbség Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő) Szilárdtest diffúzió (koncentráció változás) konc. különbség: csökken (szokásos eset) növekszik (szegregáció, getterezés)

Emelt hőmérsékletű technolóiák (hőkezelés, újrakristályosítás, szinterelés, oxidáció, dopolás...) Öndiffúzió (rádioaktív tracer atom) Interdiffúzió/koncentrációs diff. (kémiai analízis, EDS) A + B B koncentráció gradiens emelt hőmérséklet atomi mozgás konc. kiegyenlítődés IRREVERZIBILIS

A diffúzió kinetikája Interstíciós mechanizmus H, C, N, B, O Vakancia (csatolt) mehanizmus saját és szubsztitúciós atomok Aktiválási energia nagyobb

Diffúziós modellek Statisztikai modell (Einstein) elemi atomi ugrások eredője R R n 2 n = r + r + K+ 1 2 = Γ t r Γ: időegység alatti ugrások száma r: Interstíciós: üres rácspontok távolsága Szubsztitúciós: rácspontok távolsága 2 r n Termodinamikai modell (Onsager - Fick) Kémiai potenciál gradiens J = σ gradu = σ E dm dc = D A dt dx dm dc = D A dt dx J = D gradc D: diffúziós állandó (diffusivity) Fick - I. J: tömegáram sűrűség (fluxus)

Fick - II. törvény J: nem mérhető Feltételezve, hogy: dd/dx = 0 dc dt 2 d C = D 2 dx = D gradc

A diffúziós állandót befolyásoló tényezők D (hőmérséklet, ötvöző típusa, kristályhibák, nyomás,...) D E kt Makrofelület > Szemcse- / Fázishatár > Diszlokáció = D 0 e Polikristály > Egykristály Saját atom < Szubsztitúciós ötvöző < Intersztíciós ötvöző Vakancia mechanizmus Interstíciós mechanizmus

D hőmérsékletfüggése D E kt = D0e = 0 D e W RT n vakancia = Ne E kt = Ne W RT ln D = ln D0 E kt Termikusan aktivált folyamat Arrhenius - ábrázolás Extrém erős hőmérsékletfüggés. Hőmérsékletszabályozási problémák.

Ötvöző típusának hatása Saját atom < Szubsztitúciós ötvöző < Interstíciós ötvöző Kirkendall - kísérlet / jelenség (határfelület eltolódása) Cu Mo Cu Sárgaréz Cu - Zn Zn + vakancia Minden szubsztitúciós atom (Zn) visz magával egy vakanciát vakancia csatolt mechanizmust igazolja A kisebb méretű Zn szubsztitúciós ötvöző gyorsabban diffundál mint a saját Cu atom.

Diffúziós üregképződés Vakanciaáram a Zn felé Vakanciák eltűnnek (nyelők: diszlokáció végek, szemcsehatárok) Üregek, üregsorok képződnek (Frenkel: A semmi kikristályosodik ) n i= 1 J i = J Cu + J Zn + J Vakancia = 0

Mindenfajta kristály rendezetlenség gyorsítja a diffúziót. Kristályhibák hatása

A végtelen félteres megoldás Külső végeken nincs koncentráció változás. Gauss - féle hibaintegrál Függvénytábla, iteráció -0,7 < Φ < 0,7 Durva közelítés: Φ = ω C0 C( x, t) = 2 x ω = 2 D t [ 1 φ( ω) ]

Jellegzetes problémák Behatolási mélység az idő függvényében. Tipikus eset: oxidréteg vastagságának növekedése. Behatolási mélység a hőmérséklet függvényében.

Extrém erős hőmérséklet függés. Zn diffundál Cu-be D 0 = 8 10-5 m 2 /s Q =1,59 10 5 J/g atom (Behatolási mélység = 0,1 mm) (Koncentráció = 1%) T = 600 C T = 200 C Idő = 1 h Idő = 10 8 h (kb. 10.000 év)

Q = 146 kj/g atom R = 8,31 J/K mol A diffúziós folyamat sebességét kétszeresére akarjuk növelni. T 2 = 1,05 T 1 (5 % növekedés!!)

Példa, Cu-(Pb-Sn) forrasztás

Cu Pb Sn eloszlás

Al-Au egyensúlyi diagram

Termokompressziós kötés

Neves almakertész ősünk (NEWTON) nem vizsgálta a fázisátalakulásokat, példaként egy szilárd-szilárd rácsváltozás: Integrált áramkörök kivezető ablakai külső érintkező lábak, alumínium arany termokompressziós kötés. Vegyületfázisok, színeik: Al fehér, Al 2 Au bíbor, AlAu fehér, AlAu 2 sárgásbarna, Al 2 Au 5 sárgásbarna, AlAu 4 sárgás, Au aranysárga Kristályrács, fajlagos elektromos és hővezetés, keménység, hőtágulási együttható, keletkezési térfogatváltozás AlAu = 67,9% A jelenség neve: az ónpestis analógiájaként BÍBORPESTIS