扩散系数和迁移率的关系

第３５卷第６期　２００ｒ７年ｌ２月　煤田地质与勘探　Ｃ０ＡＬ　ＧＥ０Ｌ０ＧＹ＆Ｅ）（Ｐ１０Ｒ棚ｏＮ　Ｖ０１．３５　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２００ｒ７　

文章编号：１００１－１９８６｛２￣７）ｏ６－ｏｏ４ｏ－ｏ４　

粘土衬垫中渗透系数与扩散系数的关系　

何俊　。郝国文　

（１．湖北工业大学土木与建筑工程学院，湖北武汉４３００６８；　

２．北京振冲工程股份有限公司，北京　１００１０２）　

摘要：扩散系数和渗透系数是设计与评价垃圾填埋场衬垫等环境工程研究时需要确定的重要参数。　

通过分析粘土衬垫材料中渗透系数和扩散系数的物理意义和确定方法，在土多孔介质微观结构分　

析的基础上得到渗透系数和扩散系数的关系表达式，并基于蒙脱石层间Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ定律得到膨润土　

有效扩散系数的计算公式。验证表明，在一定精度范围内文中表达式是有效的。得出的渗透系数　

和扩散系数的关系表达式，对于根据已有渗透系数的研究成果来预测和分析扩散系数是有意义的。　

关键词：渗透系数；扩散系数；分形；粘土衬垫　

中图分类号：Ｐ６４２．５　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｉｆｕｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｄａｙ　ｌｉｎｅｒ　

ＨＥ　Ｊｕｎ　。ＨＡＯ　Ｇｕｏ．ｗｅｎ２　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｗｕｈａｎ　４３００６８－Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｂｅｉｎｇ　Ｖｉｂｒｏｆｌｏｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＣＯ．，ＬＴＤ，，　ｎｇ　１００１０２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｉｆｕｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｒｅ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆｌａｎｄｆｉｌｌ　ｌｉｎｅｒ．Ｐｈｙｓｉ－　

混凝土

氯离子电通量与扩散系数关系的初步探讨

摘要：

混凝土氯离子电通量与扩散系数是评价混凝土抗氯离子渗透性能的两个参数，确定两者之间的相关性的研究资料还不是太多，某工程工程监理处中心试验室通过工程中的试验数据进行探讨分析，得出了氯离子电通量与扩散系数两者之间的关系。

关键词： 海工混凝土 电通量 扩散系数 渗透性

1引言

某工程位于，具有高盐、多雾地段特点。海洋环境是混凝土结构所处的最恶劣的外部环境之一：海水中的化学成分能够引起混凝土的溶蚀破坏以及碱骨料反应；在冬季，寒冷的自然环境还可能引起混凝土结构的冻融破坏；海浪、海水中的悬浮物会对混凝土结构造成磨损和冲击；海风、海水中的氯离子能引起混凝土钢筋的锈蚀等，严重的危及着混凝土结构的耐久性和使用寿命。在海洋环境的这些不利因素中，氯离子的侵入混凝土内部引起钢筋锈蚀，是导致混凝土结构耐久性失效的重要原因。如何快速、准确测量混凝土抗氯离子渗透的性能是每个混凝土试验人员所必须面对的一个重要课题。

某工程工程中，测量氯离子渗透性能的方法是《海港工程混凝土结构防腐技术规范》JTJ275——2000附录：混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法——电量法和《公路工程混凝土结构防腐技术规范》JTG/T B07-01——2006附录：混凝土氯离子扩散系数快速测定法——RCM法。如果能够找出两种试验方法的试验结果的相互关系，我们就可以通过混凝土氯离子电通量知道氯离子的扩散系数；亦或者通过氯离子的扩散系数知道混凝土氯离子电通量，从而将会大大减少试验的工作量，节约人力、物力和时间，有着十分重要的意义。为此，我们以C35承台混凝土氯离子电通量和氯离子的扩散系数的试验数据进行探讨。

2原材料

水泥：厂P.I 52.5 硅酸盐水泥，其指标如下：

等级 细度% 标准稠度% 安定性 凝结时间（min） 强度(MPa)

抗折 抗压

初凝 终凝 3d 28d 3d 28d

载流子的迁移率、扩散系数和Einstein关系

2009-11-02 20:25:18| 分类： 微电子物理 | 标签： |字号大中小 订阅

作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)

* 载流子的迁移率μ是表征载流子在电场作用下加速运动快慢的一个物理量，等于单位电场作用下的漂移速度：μ=vd/E [cm2/V-s]，E为 电场[V/cm]，vd为平均漂移速度[cm/s]。载流子迁移率的大小决定于在运动过程中遭受散射的情况：μ=qt/m*，t是散射时间（等于散射几率 的倒数，在简单情况下就是平均自由时间），m*是有效质量，q为电子电荷。注意：由于载流子的平均漂移速度是定向运动，是一它总是小于混乱的热运动速度 （室温下载流子的热运动速度大约为107cm/s）。

浓度为n、迁移率为μ的电子，在电场E作用下，所产生的漂移电流密度为:j=nqμE，即漂移电流密度与载流子浓度成正比。因此，多数载流子对漂移电流的贡献是主要的。

* 载流子的扩散系数D是表征载流子在浓度梯度驱动下、从高浓度处往低浓度处扩散运动快慢的一个物理量，等于单位浓度梯度作用下的粒子流密度，单位为[cm2/s]。

扩散系数为D的电子，在浓度梯度为dn/dx的驱动下，所产生的扩散电流密度为:j=qD(dn/dx)，即扩散电流密度与载流子浓度梯度成正比，而与载流子浓度本身的大小无关。因此，即使是少数载流子，只要它具有较大的浓度梯度，则也可以尝试较大的电流。

* Einstein关系:

因为载流子的迁移率和扩散系数都是表征载流子运动快慢的物理量，所以迁移率和扩散系数之间存 在有正比的关系——Einstein关系。载流子按能量分布的规律不同，则将得到不同的Einstein关系。对于非简并半导体，载流子遵从 Boltzmann分布，即可得到简单的Einstein关系：D=(kT/q)μ；但是对于简并半导体，载流子遵从Fermi-Dirac分布，则将得 到比较复杂的Einstein关系。

- 1 - 有效扩散系数

有效扩散系数是研究水在土壤中的扩散的一项常用参数。它可以帮助我们更好地理解土壤中水在细胞间的流动，并且也可以用于土壤水分封闭容器的模拟和控制土壤中水的变化。有效扩散系数的研究也为土壤中的水汽流动提供了参考。

有效扩散系数是指带电粒子（如水中的离子）穿过土壤孔隙，留下土壤表面上的残留物，从而使物质在土壤中扩散的能力。它与土壤组分、温度、孔隙结构和土壤水汽流动等因素有关，受到土壤温度、盐度和离子浓度等外部因素的影响，这导致有效扩散系数是时变的，会受到以上因素变化的影响而发生变化。

有效扩散系数的实验研究是以微量元素和肥料的扩散为主，有效扩散系数的测量可以通过多种实验方法得到，其中最常用的实验方法有塑造法、夹具法、管道法、毛细管法、透析法和移液法等。

有效扩散系数的研究对于提高旱地的水利管理、提高土壤水分蓄积能力，调节土壤有机物的运移，开展环境土壤理化指标研究，制定有效的农业发展规划以及治理污染等方面都有重要意义。因此，有效扩散系数的研究已成为国内外环境质量监测及其它土壤科学领域的重要常用参数与研究课题。

一般来说，有效扩散系数可以采用几种方法进行测定，包括等温曲线法、定常法、移液法等。

等温曲线法是用等温曲线形式来描述物质在土壤中从一处至另一处的扩散过程，用于测定有效扩散系数。实验中，将一定量的离子 - 2 - 溶液放入容器中，将容器分成上下两个部分，把离子滴注入上面一部分，把离子液放入下面一部分，使溶液在容器内形成一个等温场，然后通过观察容器中的溶液变化来测定有效扩散系数。

定常法是指将固体物质均匀地放入容器中，容器分成上下两部分，将离子滴注入上半部分，然后注入溶液，使溶液在下半部分开始凝固，定常法的实验结果可以用来测定有效扩散系数。

移液法是指将离子溶液放入容器中，容器分成两个部分，用手提管或玻璃管将药液管道移动，离子溶液在释放到上半部分容器后，测定溶液在容器中的分布情况，用来测定有效扩散系数。