kuljetusominaisuudet

Kuljetusominaisuudet ovat materiaalin tai järjestelmän kykyä siirtää massaa, energiaa tai varausta sen sisällä tai sen yli ajureina toimivien gradienttien avulla. Ne kattavat massan, lämmön sekä sähkö- tai ionikuljetuksen, ja ne voivat ilmetä sekä makro- että mikroskooppisella tasolla. Kuljetusominaisuudet riippuvat koostumuksesta, rakenteesta, lämpötilasta sekä ympäristöolosuhteista, ja ne voivat olla anisotropisia eli suunnasta riippuvaisia.

Massan kuljetukseen liittyvät ominaisuudet kuvaavat, miten aine siirtyy pitoisuuserojen mukaan. Keskeisiä suureita ovat diffusiviteetti D ja läpäisevyys sekä niihin liittyvät lait, kuten Fickin lait, joiden mukaan diffuusiovirta on gradientin määräämä. Lämpöä koskevat ominaisuudet määrittävät, miten energia siirtyy lämpötilaerojen seurauksena. Tärkeä suure on lämpöjohtavuus k ( Fourierin laki: lämpövirta on gradientin verrannollinen). Sähkö- tai ionikuljetus kuvataan sähköjohtuvuudella σ ja ionisella johtuvuudella; Ohmin laki kuvaa sähkökentän vaikutuksen virtaankäyttöön. Viskoosisuus η kuvaa nestemäisen aineen vastusta virtausta vastaan, jolloin momentumin kuljetus noudattaa Newtonin lakia.

Mittaukset ja mallit perustuvat näihin perusperiaatteisiin. Diffuusio- ja permeaatio-koe, lämpöjohtavuusmittaukset sekä elektrolyyttien impedanssimittaukset antavat D, k ja σ-arvot. Anisotropian ja monikomponenttisten järjestelmien tapauksessa kuljetusominaisuudet ovat tensorimuodossa ja hienosäätö tilan mukaan.

Kuljetusominaisuudet ovat keskeisiä monissa sovelluksissa, kuten akkujen ja polttokennojen elektrolyyteissä, kalvo- ja eristemateriaaleissa sekä katalyyttien ja suodattimien suunnittelussa. Ne määrittävät suorituskyvyn, kestävyyden ja energiatehokkuuden.