ナノ構造材料の拡散合成とドーピング

濃度の差は拡散によって均等化される。

密閉容器内の気体は静止しているように見えるが、気体分子は互いに最小限のジグザグ運動を行い、近傍の気体分子を励起する。ジグザグ運動とパルス交換の強さは、気温に左右される。このような分子の微小運動が停止するのは、ガスが絶対零度、すなわちマイナス273.15℃まで冷却されたときだけである。

容器内に異なる密度や温度の気体がある場合、均質化は自動的に行われる。異なるガスは互いに拡散し合う。これはガスの拡散効率が高いためである。拡散は物質輸送である。密度、温度、圧力などの濃度差を均等化する。

密度の異なる液体も拡散によって自動的に混合するが、この均質化プロセスには気体よりもはるかに長い時間がかかる。

固形物同士が拡散する場合は、さらに時間がかかる。

テクニカルセラミックスと粉末冶金における効率的な拡散形態

粉末冶金では、異種材料が微分散した状態で成形体に圧入される場合、拡散が重要な役割を果たす。この場合、「機械的合金」と呼ばれる。

いわゆる外部拡散は、微細構造の相境界、粒界、表面で起こる。ポテンシャルの高い領域から原子団がゆっくりとポテンシャルの低い領域に移動する。関係する構造粒子が小さければ小さいほど、またそれらが互いに強く押しつけられれば押しつけられるほど、これらのプロセスはより集中的になる。

拡散は、乱れた格子構造に外来原子を導入することにより、高性能材料をドーピングするのに適した方法である。拡散は、濃度勾配がナノスケールの粉末の形で出会う場合に特に強くなる。これは特に相境界や粒界で顕著である。 

拡散は特に強い、

1. 商品がナノ微粒子分散液として存在する場合。
2. 濃度勾配ができるだけ大きい場合。
3. プロセス温度が高い場合
4. もし高濃度の粒子／微粒子が低濃度の粒子／微粒子にできるだけ頻繁に接触するならば。
5. 粒子が気相に囲まれることなく、互いに接近して滑るとき。

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