等壓氣體逆向擴(kuò)散公布時間

1989年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

《生理學(xué)名詞》第一版。 2100433B

分離氣體混合物的一種方法。根據(jù)氣體分子運(yùn)動學(xué)說和氣體擴(kuò)散定律，當(dāng)氣體混合物是在容器內(nèi)時，輕分子的運(yùn)動速度快，撞擊器壁的機(jī)會多；重分子的運(yùn)動速度慢，撞擊器壁的機(jī)會少。如果器壁具有無數(shù)微孔，每孔只容許分子單獨(dú)通過，則輕分子通過器壁的機(jī)會一定比重分子多。

擴(kuò)散結(jié)果是器內(nèi)的輕分子相對地減少，富集于器外；器內(nèi)的重分子相對地增加，并富集于器內(nèi)。因此可以得到一定程度的分離。這種方法主要用于分離同位素。對分子量相差很小的混合氣體，如鈾235和鈾238的六氟化物，必須連續(xù)進(jìn)行多次，才能達(dá)到所需要的分離程度。

在氣體擴(kuò)散層中主要進(jìn)行著反應(yīng)氣體的傳遞、反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移以及電子的傳輸?？疾鞌U(kuò)散層的性質(zhì)即主要考察這三方面的傳遞能力。一般除了通過從極化曲線上直接分析擴(kuò)散層性能外，人們還建立了一些物理手段來表征擴(kuò)散層的性質(zhì)，主要包括擴(kuò)散層的流體傳輸特性、導(dǎo)電性、孔結(jié)構(gòu)以及親/疏水特性等 。

氣體擴(kuò)散層流體傳輸特性

氣體擴(kuò)散層中的流體主要是反應(yīng)氣體、水蒸汽和液態(tài)水。氣體在擴(kuò)散層中的主要傳遞方式為擴(kuò)散，還包括部分的對流傳質(zhì)。氣體擴(kuò)散層中的有效擴(kuò)散系數(shù)D_eff是對擴(kuò)散系數(shù)D的修正，與曲率τ成反比，與孔隙率ε成正比，一般近似地寫為

氣體擴(kuò)散層孔結(jié)構(gòu)

孔隙率、孔分布和孔體積是衡量擴(kuò)散層孔結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。常用的孔結(jié)構(gòu)測量儀器有壓汞儀和毛細(xì)管流動孔隙儀。前者以汞作潤濕液，應(yīng)用一定的壓力將汞壓入待測樣品的孔中。后者采用低表面能的硅樹脂（silwick）為介質(zhì)，在毛細(xì)力的作用下潤濕待測樣品后再加壓迫使其流出孔道。但是兩種方法都不能反映電池運(yùn)行時擴(kuò)散層內(nèi)的真實物質(zhì)傳輸通道，因為氣體擴(kuò)散層材料里的非連通孔是對物質(zhì)傳輸沒有意義的，而在采用壓汞法或毛細(xì)管流動孔隙儀測量時斷孔、死孔都是包含在內(nèi)的 。

氣體擴(kuò)散層親/疏水性質(zhì)

擴(kuò)散層的液體潤濕性即其親/疏水性質(zhì)也是影響燃料電池性能的重要因素之一。適宜的親/疏水孔比例有利于改善傳質(zhì)、提高極限電流密度。表征擴(kuò)散層的親/疏水性質(zhì)有兩種方法：一是浸漬法，直接表征其親水孔和疏水孔孔體積；二是測量接觸角法，間接表征親/疏水性質(zhì) 。

氣體擴(kuò)散層導(dǎo)電性

擴(kuò)散層的導(dǎo)電性，根據(jù)測量方向的不同，一般有兩種測量方式。對through-plane方向即擴(kuò)散層的厚度方向，一般采用加壓測量接觸電阻的方法，而對于in-plane方向的電阻多采用四點探針法 。

在土壤氣體的組成中，CO₂的濃度高于大氣，而O₂的濃度低于大氣，在濃度梯度的作用下，驅(qū)使CO₂氣體分子不斷從土壤中向大氣擴(kuò)散，同時使O₂分子不斷從大氣向土壤氣體擴(kuò)散。

O₂和CO₂在土壤中的擴(kuò)散過程，部分發(fā)生在氣相，部分發(fā)生在液相。通過充氣孔防擴(kuò)散保持著大氣和土壤間的氣體交流作用，為氣相擴(kuò)散；而通過不同厚度水膜的擴(kuò)散、則為液相擴(kuò)散，這兩種擴(kuò)散過程都可以用費(fèi)克(Fick)定律表示。根據(jù)費(fèi)克定律，氣體的擴(kuò)散速率(dQ/dt)和該氣體的濃度梯度(dc/dr)以下式表示:

式中，q_d表示擴(kuò)散通量(單位時間通過單位面積擴(kuò)散的質(zhì)量); D表示在該介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)(其量綱為面積/時間)；c表示某種氣體(O₂或CO₂)的濃度(單位容積擴(kuò)散物質(zhì)的質(zhì)量)；x表示擴(kuò)散的距離；dc/dx表示濃度梯度，對于氣體來說，其濃度梯度常用分壓梯度表示，則：

式中，B表示偏壓與濃度的比。