玻璃的离子迁移率-玻璃的性质

  固态玻璃中,离子从一个位置跃迁到另一个位置而引起离子扩散,或离子浓度的自发均齐,这在能量上是更为有利的。 离子迁移率由扩散系数D来度量。扩散系数等于浓度梯度为1时单位时间内经过单位面积扩散的物质量m。 按照费克第一定律:dm=-Ds dcdt(4-38)dc浓度梯度;d.xdt-一时间.在低浓度和t值一定的条件下,D=常数。在通常情况下,D值取决于扩散离子的浓度。 一维自由扩散方程,即费克第二定律,具有下列形株式:ac=a((4-39)at az(Dac)x扩散系数一般从待测离子在试样深度上的浓度分布图查出。 扩散系数的量纲是cm2/s.扩散分为自扩散和他扩散。K.K.叶甫斯特洛皮耶夫对这两种现象都有详细论述。自扩散是同种粒子的漂移,实际上就是某种同位素存在浓度梯度时同位素成分的均齐作用。Na+在Na2O-SiO2系统玻璃中的扩散,就是例子。他扩散是混杂粒子在他种粒子中间的漂移,Na+在K2O-SiO2系统玻璃中的扩散,就是例子。玻璃中的离子扩散过程,本质上与导电过程相似。 叠加的电场使无序跃迁的离子产生定向运动。

  两种过程的定量关系由下面的爱因斯坦-能斯特(Einstein-Nernst)综合关系式表示;D=.axnkT(4-40)N(xe)2式中a一一相关系数;x一一比电导率;n-一载流子数;N-一单位体积离子数。k一一波尔兹曼常数;2一一离子电荷;e-一电子电荷;T-一热力学温度。在玻璃与离子熔体和液体接触的界面上,可进行离子交换扩散。 离子交换扩散系数D1,2与扩散系数Di,D2的关系用下株式表示:DiD2D1,2=-(4-41)V1D1+02 D2リ》レ2为玻璃中两种离子的摩尔分数。玻璃的离子互扩散可应用于:(1)玻璃的增强(化学钢化)如用KNO3熔盐中的K+和玻璃中的Na+进行交换,玻璃表面产生压应力,从而使玻璃强度增加。(2)玻璃表面着色。(3)玻璃表面梯度折射率用于制造梯度折射率棒透镜、平面微透镜、球透镜、光波导元件。(4)非线性光学玻璃材料.