[科普中国]-视扩散系数

扩散系数是表征流体扩散运动的重要参数，在微观尺度上，分子的自扩散运动是由分子布朗运动引起的，由于受到孔隙大小的限制，多孔介质中的分子扩散是一种受束缚的扩散，其扩散系数与孔隙结构和流体性质有关。1

影响因素扩散系数是度量多孔射气介质为扩散运移提供的条件好坏程度的参数，主要受孔隙多少的影响。孔隙率高，扩散系数大。对于体积比较大的射气体，扩散系数大体上是不变的。但是，当大的射气体被破坏成局部类型体时，破坏首先发生在解理裂隙这些结合力弱面，造成孔隙率的降低，导致扩散系数随体积的缩小而变小。另一方面，破坏过程中，局部类型体裂隙的状态可能发生改变，孔隙中充填物和充填程度也可能发生改变。由于这些原因，当射气体被高度破碎的时候，扩散系数将会降低。2

扩散装置和扩散操作闭管扩散是在真空中或在一种较高压力的选定气氛中进行的。对固态、液态源来说，扩散一般在真空条件下进行，对气态源来说，则应先将石英管抽成真空再充入一定量的气态源，在抽真空前，最好先用惰性气体冲刷一下石英管，以净化管内的气氛。下面将以纯铝杂质源的闭管扩散为例说明扩散装置与操作过程：

①装源。将纯度为99.999%以上的高纯铝丝剪成一个个小段，经去除氧化层和清洁处理后装入特制的小石英壶中(带有顶孔的封闭石英舟)，再将石英壶置入一端封死的石英管的底部。

②装片。硅片要紧靠石英管底部和小石英壶，片子可以迭放，但留有间隙。

③封口。用机械泵或扩散泵将石英管抽到0.1-1.3Pa，再用氢氧火焰封口。

④扩散。将已封口的石英管放入扩散炉炉膛，硅片和铝源娶处于炉膛的恒温区内。扩散温度和时间则视扩散表面浓度和结深的要求而定。

⑤取片。扩散结束后，待硅片冷却，开封口取出片子。3

应用从煤层气在煤层微孔中吸附-扩散流动入手，建立适于煤层气在煤层微孔中吸附-扩散流动的简化双扩散数学模型，引入度量煤层气在煤层微孔中吸附-扩散流动的视扩散系数，从声场作用的热效应角度，解释声场促进煤层气在煤层微孔中吸附-扩散的机理。4

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学