柯肯達爾效應（kirkendall effect）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。
陣點總數保持不變，則擴散區域內的每個平面都必須發生移動，這種現象稱為柯肯達爾效應。
基本介紹
- 中文名：柯肯達爾效應
- 外文名：kirkendall effect
- 提出者：柯肯達爾
- 套用學科：物理
概要,詳情,原理,
概要
詳情
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較小與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，在黃銅塊(70%銅，30%鋅）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。
原理
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。
