柯肯德爾效應原來是指兩種擴散速率不同的金屬在擴散過程中會形成缺陷，現已成為中空納米顆粒的一種製備方法。
基本介紹
- 中文名：柯肯德爾效應
- 外文名：kiekendall effects
- 人物：肯德爾
- 效應：散射
- 對象：碳
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柯肯德爾效應
碳在鐵中的擴散是間隙型溶質原子的擴散，在這種情況下可以不涉及溶劑鐵原子的擴散，因為鐵原子擴散速率與原子直徑都較小，對較易遷移的碳原子的擴散速率比較而言可以忽略的。然而對於置換型溶質原子的擴散，由於溶劑與溶質原子的半徑相差不會很大，原子擴散時必須與相鄰原子間作置換，兩者的可動性大致趨於同一數量級，因此，必須考慮溶質和溶劑原子不同的擴散速率，這首先是被柯肯達爾（kirkendall）等人證實。1947年，他們設計了一個試驗，在質量分數為30%的黃銅塊上鍍一層銅，並在銅和黃銅界面上預先放兩排Mo絲。將該樣品經過785℃擴散退火56d後，發現上下兩排Mo絲的距離L減小了0.25mm，並且在黃銅上留有一些小洞。假如Cu和Zn的擴散係數相等，那么以原Mo絲平面為分界面，兩側進行的是等量的Cu和Zn原子互換，考慮到Zn的原子尺寸大於Cu原子，Zn的外移會導致Mo絲（標記面）向黃銅一側移動，但經計算移動量僅為觀察值的1/10左右。由此可見，兩種原子尺寸的差異不是Mo絲移動的主要原因，這只能是在退火時，因Cu，Zn兩種原子的擴散速率不同，導致了由黃銅中擴散出的Zn的通量大於銅原子擴散進入的通量。這種不等量擴散導致Mo絲移動的現象稱為Kirkendall Effect（柯肯達爾效應）。以後，又發現了多種置換型擴散偶中都有柯肯達爾效應，例如，Ag-Au，Ag-Cu,Au-Ni,Cu-Al,Cu-Sn及Ti-Mo。
如下面兩張圖片：“近朱者赤，近墨者黑”可以作為固態物質中一種擴散現象的描述。固態中的擴散速率十分緩慢不像氣體和液體中擴散那樣易於觀察，但它確確實實地存在著。金屬結晶時液態金屬原子向固態晶核的遷移再結晶的晶粒長大，鋼的脫碳和滲碳，以及金屬的焊接等，都可以作為固態金屬中的擴散例子。為了進一步證實固態擴散的存在，可作下述試驗：把Cu，Ni兩根金屬棒對焊在一起，在焊接面上鑲嵌上幾根鎢絲作為界面標誌然後加熱到高溫並保溫很長時間後，令人驚異的事情發生了：作為界面標誌的鎢絲向純Ni一側移動了一段距離。經分析，界面的左側（Cu）也含有Ni原子，而界面的右側（Ni）也含有Cu原子，但是左側Ni的濃度大於右側Cu的濃度，這表明，Ni向左側擴散過來的原子數目大於Cu向右側擴散過來的原子數目。過剩的Ni原子將使左側的點陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發生點陣收縮，其結果必然導致界面向右漂移。以上是關於KIrkendall效應的另一個試驗。
肯德爾
弗里德曼.肯德爾和理察·泰勒有關電子與質子和束縛中子的深度非彈性散射實驗，是在美國史丹福大學直線加速器中心（SLAC）進行的。在建設SLAC時，泰勒負責磁鐵和譜儀的安裝，後來成了實驗項目的總負責人；弗里德曼和肯德爾為譜儀研製了粒子探測器，後來負責處理實驗數據，並在1972年代表實驗小組全體成員作了總結報告。1967年，大型電子直線加速器建成並達到設計能量，作為試運行開始了一系列電子-質子散射實驗，包括電子-質子彈性散射實驗、正電子-質子彈性散射實驗和電子-質子非彈性散射實驗。但是，這些實驗的結果只是證實了已有的結論。當入射電子能量進一步加大時，就進入了從未有人探索過的深度非彈性散射區域。這時，電子的能量是如此之高，以至於可以深入到質子內部，甚至將質子打碎。由於質子分裂成碎片要吸收更多的能量，散射電子的能量應當比平常低的多。然而，實驗發現電子-質子深度非彈性散射的大角度散射截面比彈性散射的大得多。起初，他們認為，是實驗結果不正確，或者是解釋有錯誤，還可能是因為出現了系統誤差，誤差的來源也許是所謂的“輻射修正”，即入射電子或散射電子以光的形式輻射掉了相當大的能量。於是，他們對輻射修正作了仔細研究。結果證明，輻射修正並不重要。他們把電子-質子深度非彈性散射和電子-質子彈性散射以及電子-電子彈性散射分別進行了比較，發現隨著散射角增大電子-質子彈性散射截面急劇下降，而深度非彈性散射截面與電子-電子彈性散射截面之比卻變化不大。這一事實表明，電子以極大的能量深入到質子內部時，遭遇到的不是“軟”的質子靶，而是和電子類似的點狀“硬”核。然而，當時實驗物理學家們並沒有領悟到這一點。SLAC理論組的成員布約肯(J. D. Bjorken)運用流代數求和規則對實驗結果作了分析，並提出標度無關性對實驗結果作了解釋。但是，由於流代數是很抽象的數學方法，他的工作一直未能得到人們的理解。後來，費恩曼把質子看成是點狀部分子的複合體，把電子-質子深度非彈性散射看成是電子與質子內的部分子發生彈性散射。經過計算，證明布約肯的標度無關變數正是部分子動量與質子動量之比。就這樣，費恩曼從深度非彈性散射實驗和標度無關性找到了部分子模型的重要證據。人們很快明白，部分子和夸克原來是一回事。另外，電子-質子深度非彈性散射實驗還表明，蓋爾曼在1962年提出的電中性粒子“膠子”有可能存在。1971年，韋斯柯夫(V. F. Weisskopf)和庫提(N. Kurti)提出，正是這種“膠子”在夸克間傳遞強相互作用才使夸克組成強子。接著，1973年創立了量子電動力學；1979年丁肇中小組首先找到了支持膠子存在的證據。
顯見，電子-質子深度非彈性散射實驗引起了粒子物理學的一系列新進展，使粒子物理學進入了“夸克-膠子”時代。
