partikkeltilspredning

Partikkeltilspredning, eller diffusjon, er prosessen der partikler sprer seg i et medium som følge av tilfeldig bevegelse og kollisjoner mellom molekyler. Dette fører til at konsentrasjonen av partikler blir mer jevn over tid, ofte fra områder med høy konsentrasjon mot lavere konsentrasjon.

Hovedmekanismen er Brownsk bevegelse: små partikler blir stadig truffet av væske- eller gassmolekyler, noe som fører til tilfeldige bevegelser. Diffusjon kan beskrives matematisk med Ficks første lov, der diffusjonsstrømmen J er proporsjonal med konsentrasjonsgradienten: J = -D grad c, og Ficks andre lov: ∂c/∂t = D ∇^2 c, der D er diffusjonskoeffisienten. For små partikler i væske er D relatert til temperatur, viskositet og partikkelstørrelse via Stokes–Einstein-relasjonen: D = k_B T / (6 π η r).

Diffusjon oppfører seg forskjellig i gass, væske og fast stoff. I gasser er D ofte større enn i væsker, og i faste krystaller kan diffusjon være anisotrop, det vil si retningavhengig. I komplekse medier som polymerer eller tett kolloidale systemer kan diffusjon være ikke-Fickiansk eller anomaløs, med avvik fra de enkle lovene over lengre tid.

Relevans og anvendelser omfatter transport av forurensninger i miljøet, legemiddeldistribusjon i vev, preparering og karakterisering av materialer, membraner og sensorer, samt design av kontrollert frisettelse i biomedisinsk og teknisk industriell sammenheng. Historisk ble fenomenet studert av Brown og senere formulert av Fick og Einstein, som ga grunnlaget for moderne diffusjonskunnskap.