玻璃的離子遷移率-玻璃的性質
固態玻璃中,離子從一個位置躍遷到另一個位置而引起離子擴散,或離子濃度的自發均齊,這在能量上是更為有利的。 離子遷移率由擴散系數D來度量。擴散系數等于濃度梯度為1時單位時間內經過單位面積擴散的物質量m。 按照費克第一定律:dm=-Ds dcdt(4-38)dc濃度梯度;d.xdt-一時間.在低濃度和t值一定的條件下,D=常數。在通常情況下,D值取決于擴散離子的濃度。 一維自由擴散方程,即費克第二定律,具有下列形株式:ac=a((4-39)at az(Dac)x擴散系數一般從待測離子在試樣深度上的濃度分布圖查出。 擴散系數的量綱是cm2/s.擴散分為自擴散和他擴散。K.K.葉甫斯特洛皮耶夫對這兩種現象都有詳細論述。自擴散是同種粒子的漂移,實際上就是某種同位素存在濃度梯度時同位素成分的均齊作用。Na+在Na2O-SiO2系統玻璃中的擴散,就是例子。他擴散是混雜粒子在他種粒子中間的漂移,Na+在K2O-SiO2系統玻璃中的擴散,就是例子。玻璃中的離子擴散過程,本質上與導電過程相似。 疊加的電場使無序躍遷的離子產生定向運動。
兩種過程的定量關系由下面的愛因斯坦-能斯特(Einstein-Nernst)綜合關系式表示;D=.axnkT(4-40)N(xe)2式中a一一相關系數;x一一比電導率;n-一載流子數;N-一單位體積離子數。k一一波爾茲曼常數;2一一離子電荷;e-一電子電荷;T-一熱力學溫度。在玻璃與離子熔體和液體接觸的界面上,可進行離子交換擴散。 離子交換擴散系數D1,2與擴散系數Di,D2的關系用下株式表示:DiD2D1,2=-(4-41)V1D1+02 D2リ》レ2為玻璃中兩種離子的摩爾分數。玻璃的離子互擴散可應用于:(1)玻璃的增強(化學鋼化)如用KNO3熔鹽中的K+和玻璃中的Na+進行交換,玻璃表面產生壓應力,從而使玻璃強度增加。(2)玻璃表面著色。(3)玻璃表面梯度折射率用于制造梯度折射率棒透鏡、平面微透鏡、球透鏡、光波導元件。(4)非線性光學玻璃材料.