擴散是一種物質的傳遞方式。由熱力學的觀點來看，擴散的發生
是為了降低自由能(Gibbs free energy)。擴散發生時，物質由高化學位能
(chemical potential)向低化學位能移動，並非一定由高濃度向低濃度，一般
所熟悉的Fick’s law 只是特例
Sn - 國立中央大學
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能都相等 .
當擴散終止，原子在任何位置的化學位
能都相等 .
由 CH Chung 著作 - 2007 - 相關文章
G )維持一固定值，即各組成元素所具有之部分莫耳自由能梯度(△ i. G )為 ... 中自由
2.3 擴散反應
擴散是一種物質的傳遞方式。由熱力學的觀點來看，擴散的發生
是為了降低自由能(Gibbs free energy)。擴散發生時，物質由高化學位能
(chemical potential)向低化學位能移動，並非一定由高濃度向低濃度，一般
所熟悉的Fick’s law 只是特例。所以當擴散終止，原子在任何位置的化學位
能都相等。有關於原子擴散的理論，詳述如下：
2.3.1 原子擴散機制
常見的固態擴散機制有四種，如圖2.8，分別為(1)direct exchange
(2)cyclic exchange (3)vacancy (4)interstitial。這四種擴散機制簡介如下：
(1) Direct exchange：
藉由相鄰各原子直接交換位置而達成擴散目的，此機制需要極大的活
化能，所以發生機率極低。
(2) Cyclic exchange：
1951 年由Zener 所提出的理論[ZEN]，N 個原子在同時間交換位置，
此機制所需的活化能較direct exchange 稍低，但是發生機率依然很低。
(3)Vacancy：
原子半徑相差不大時，原子移動就必須仰賴鄰近的空缺(vacancy)。
當溫度較高時，晶格的擺盪震幅增加，原子就較容易地跳入鄰近的空缺之
中。所以溫度高加上晶格中存有許多未被填滿的空缺，有助於vacancy
diffusion 的進行。金屬間的交互擴散很多是以這種擴散機制進行。
(4) Interstitial：
原子半徑差異較大時，小原子可利用大原子間的空隙做移動。小原子
主要也是靠熱震動的能量將大原子所造成的應力屏障(strain energy barrier)
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克服，以便進行原子擴散。由於此機制所需克服的能量障礙很小，所以原
子以很快的速度進行擴散。
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