diffuusioominaisuudet

Diffuusioominaisuudet kuvaavat, miten aine leviää tilassa pitoisuuseron ajamana. Ne määrittävät leviämisnopeuden sekä suunnan, ja niihin liittyy keskeinen suure eli diffuusiokerroin D. Diffuusio on yksi kuljetusmekanismeista sekä luonnossa että teollisuudessa.

Diffuusion perusperiaatteet formalisoivat Fickin lains. Fickin ensimmäinen laki: diffuusionvirta J on verrannollinen konsentraation gradienttiin, J = -D ∇c. Fickin toinen laki kuvaa konsentraation muutosta ajassa: ∂c/∂t = D ∇²c. D:n yksikkö on m^2/s, ja sen arvo riippuu aineesta sekä ympäristöstä.

Useat tekijät vaikuttavat D-arvoon: lämpötila nousee, jolloin D kasvaa; molekyylin koko ja vuorovaikutukset ympäristön kanssa voivat hidastaa diffuusiota. Rakenneilmiöissä, kuten poroisten materiaalien läpäisyssä, käytetään tehokasta diffuusiokerrointa De = D ε/τ, jossa ε on porositeetti ja τ tortuositeetti. Diffuusion isotrooppisuus tarkoittaa saman diffuusion nopeuden kaikkine suuntiin; anisotrooppisessa materiaalissa nopeus riippuu suunnasta.

Diffuusion luonteen lisäksi on olemassa ei-Fickin tai anomalisen diffuusion ilmiöitä, esimerkiksi joidenkin polymerien Case II -diffuusio.

Mittaaminen ja sovellukset: D-arvoja voidaan arvioida muun muassa merkkiaineiden jäljityksen, FRAP-tekniikan ja NMR-diffusometrin avulla. Diffuusioominaisuudet ovat keskeisiä kalvojen, huokoisten materiaalien sekä biologisten ja ympäristöön liittyvien sovellusten suunnittelussa.