熱致擴散，又稱索瑞（Soret）效應，是物體在加熱或冷卻過程中，各部分溫度趨向一致能力的特徵參數。又稱導溫係數。熱擴散可以用於同位素的分離、沸點接近的物質分離，以及用於傳統分離方法難以取得良好效果的物質分離。人們也可以觀察到膜中的熱滲透現象。
基本介紹
- 中文名：熱致擴散
- 外文名：thermaldiffusivity
- 含義：由於溫度梯度引起的濃度梯度
- 套用：同位素分離
簡介,濃度梯度的形成,熱致擴散及其研究方法,
簡介
質擴散和熱傳導耦合引起的熱質擴散，常稱之為索瑞效應和杜伏效應。在熱質擴散中，由於溫度梯度引起混合物中出現附加的濃度梯度而造成傳質，是於1893年由索瑞（C. Soret）在液體中發現的。杜伏效應則是指由於各種物質互相擴散引起溫度梯度，或者說，由於有濃度梯度引起溫度梯度，這是杜伏（L. Dufour）於1872年在氣體中發現的。杜伏效應是索瑞效應的逆效應。
濃度梯度的形成
在溫度梯度中，原子有可能而且確實發生運動，因為在元素A的原子上有一驅動力fA，例如Denbigh（1951）給出此力的大小為：
式中Q*為遷移熱，是一個大小或符號都難以估計的量，但在物理意義上是造成擴散躍遷的原子的過剩能量。對於一種氣體或液體夾雜，Q為每個原子蒸發或熔化的潛熱，但似乎沒有確定Q*的通用法則適用於原子遷移（Ho，1966I Nichols，1972）。
對於通過空位機制進行擴散的金屬的Q*值，有一個簡單模型指出：
其中Em為空位移動的能量，β為稍低於1的因數，Et為空位的形成能。這個模型是以下述看法為根據的：原子的移動將沿溫度梯度向下傳輸其一部分運動所需激活能（其餘部分被周圍原子傳輸），但運動要求沿空位的溫度梯度向上遷移，這將傳輸其形成能。Ho指出，看來這種模型對於電子結構簡單的金屬（金，銀，鋼，鋁）是相當適用的。這一結論得到Swalin和Yin（1967）的支持，但對某些過渡族金屬，如鑽、鐵，鈦和鑽，發現的很大的熱遷移值與簡單的理論不一致。
熱致擴散及其研究方法
當一個溫度場外加給一種材料（或一個系統）時，在這種材料或系統內，就會發生熱擴散，這就是Soret效應。Walker（1982）介紹了一種方法，研究Soret效應。他把洋中脊玄武岩研磨成粉末，在直徑為2．4mm的Mo棒上，鑽出φ1．6mm x8mm的圓柱形空穴，把樣品裝入其中，在活塞圓筒裝置中進行實驗。Mo棒圓柱形空穴的熱端溫度保持在1480±75℃，冷端保持在1215±75℃，壓力為l0kbar，在乾的條件下，加熱137小時，熱端放在垂直位置的下面，冷端放在上面，這樣可以防止重力作用對Soret效應的影響。實驗原樣經電子探針分析，熱端液體相當於安山岩質，冷端液體為Fe苦橄質（Ferro picfitic）。各種氧化物的擴散效府如圖1：玄武岩樣品氧化物重量百分比隨溫度梯度變化圖所示。
圖1：玄武岩樣品氧化物重量百分比隨溫度梯度變化圖
從圖1：玄武岩樣品氧化物重量百分比隨溫度梯度變化圖可以看出，外界的溫度梯度使天然岩漿中的Fe、Mg、Ca、Ti等組分向冷端擴散，而Si、Al、Na、K等組分向熱端擴散，這就是有名的Soret效應在岩漿作用中的體現。
因而，在低溫端形成“鏈”和“環”為主的聚合體，在熱端形成具架狀結構的“三維網路”聚合體，顯然，熱端的“三維網路”聚合體的質量要低於冷端“鏈”和“環”等聚合體的質量。Soret效應就這樣使岩漿中不同元素，因為所結合的結構單元存在“質量差”而分離。在這裡，Soret效應與流體不混熔（液體熔離作用）作用分選結構單位的情形相似，但分選機制不同。在熔離作用中分選機制是由熔體結構上的不協調（不匹配）所致。
