diffusionsskikt

Diffusionsskiktet är den regionen i en vätska intill en yta där massöverföringen till eller från ytan domineras av diffusion. Det uppstår när en yta, till exempel en elektrod, kontinuerligt producerar eller konsumerar ett ämne, vilket skapar en koncentrationsgradient mellan ytan och den omgivande vätskan. I stilla lösningar växer diffusionsskiktet med tiden, medan konvektion från strömning eller rotation av vätskeström ofta kompenserar diffusionen och begränsar skiktets tjocklek.

I elektroakutiska sammanhang är diffusionsskiktet viktigt för att beskriva hur snabbt ämnen når eller lämnar ytan. Långsamt diffusionsstyrd transport uppkommer när konvektion är försumbar; här följer koncentrationsprofilen lösnings med diffusionens lagar, och ytan upplever en begränsad ström. Ett vanligt uttryck i stillastående lösningar är Cottrell-liknande beteende: strömstyrkan i(t) för en plan elektrod är proportionell mot C* D^(1/2) / sqrt(t), där C* är bulkkoncentrationen och D är diffusionskoefficienten. Diffusionsskiktets längd scala med tiden som δ ~ sqrt(D t), och därmed minskar tiden till att nå jämvikt mellan ytan och omgivningen ökar gradvis.

Konvection avvägs av diffusion vid högre flöden eller rotation; i sådana fall minskar effektivt diffusionsskiktets tjocklek och höjer massöverföringen. Rotationsdisk-elektroder och flödescellsystem används ofta för att kontrollera skiktets tjocklek och därigenom bestämma kinetik eller räknemässigt bestämma D och C*. Diffusionsskiktet påverkar elektrokemiska reaktioners hastighet, sensorers svar och ytbehandlingar, och är därmed en central faktor i sammanhang där massöverföring är avgörande.