Strona
(3)

Badanie procesów dyfuzyjnych w polimerach

Wprowadzenie

Pod pojęciem dyfuzji należy rozumieć jakiekolwiek przemieszczanie się względem siebie atomów w sieci krystalicznej wewnątrz materiału tej samej fazy - gazowej ciekłej lub stałej - pod wpływem istniejącego gradientu stężenia. W zależności od dyfundujących atomów mamy do czynienia z:

-    dyfuzją chemiczną - heterodyfuzją lub samodyfuzją.

-    dyfuzją w stanie stałym - sieciową w kryształach nie zawierających defektów, objętościową, graniczną po granicach ziaren lub powierzchniową.

Procesy dyfuzyjne opisane są dwoma prawami Fick’a.

Pierwsze prawo Fick’a określa szybkość dyfuzji w jednym kierunku, a wyrażone jest wzorem (1):

^2- = -D-S— dt    dx

(1)

gdzie:

dm ~dt~ dc dx '

szybkość przenoszenia substancji [ilość /czas], gradient stężenia c w kierunki x,

S - powierzchnia prostopadła do kierunku x, [cm*]

D - współczynnik dyfuzji [cm² s'¹].

Drugie prawo Fick’a określa zmianę stężenia substancji dyfundującej z upływem czasu i opisane jest wzorem (2):

d^c

' dx-

— = D-^~^C dt

(2)

Na szybkość dyfuzji ma duży wpływ temperatura. Wiąże się to z drganiami termicznymi atomów, których amplituda rośnie z temperaturą. Drgania te dostarczają energii koniecznej do pokonania bariery energetycznej otaczającej każdy atom w sieci, co warunkuje przeskok tego atomu do z jednego węzła sieci do drugiego, czyli dyfuzję. Zależność ta jest wykładnicza, tzn. że ze wzrostem temperatury szybkość dyfuzji gwałtownie rośnie.

Ogólnie można powiedzieć, że wszystkie procesy, które powodują wzrost stężenia substancji dyfundujących, szybki wzrost lub szybkie zmiany temperatury są ważnymi czynnikami powodującymi wzrost szybkości dyfuzji. Pewien wpływ na szybkość dyfuzji wywiera przepływ prądu stałego - atomy zawsze przemieszczają się w kierunku anody. Jedynie wzrost ciśnienia do bardzo dużych wartości wpływa na zmniejszenie szybkości dyfuzji.

Tak więc można stwierdzić, że dyfuzja należy do najczęściej spotykanych zjawisk fizycznych w naturze. Warunkuje zachodzenie wielu ważnych procesów technologicznych, ma duży wpływ na przebieg przemian fazowych, tworzenie roztworów stałych i in.