扩散速率是数学中描述物质扩散快慢程度的量化指标,定义为在单位时间内通过单位传质面积扩散的物质量,其大小与浓度梯度成正比,常用单位为Kmol/(m2·S)或Kg/(m2·S)。该术语遵循
菲克第一定律(Ni = -Di∇ci),即扩散通量与浓度梯度呈线性关系,扩散系数Di的物理意义为材料扩散位移的均方根面积参数。基本内涵包括
菲克第二定律描述的浓度变化率与二阶浓度梯度关系(∂ci/∂t = Di∇2ci),以及
佩克莱数表征的对流速率与扩散速率比值。斯托克斯-爱因斯坦方程(D=kT/(6πμr))揭示了温度、溶剂黏度及粒子半径对扩散系数的量化影响,多孔介质中的有效扩散系数则需结合孔隙率与迂曲度修正。应用领域涵盖聚合物渗透性评估(P=D·S关系式)、环境污染物扩散规律(臭气浓度随距离指数衰减)及生物囊泡膜扩散速率测量。理论研究提出扩散系数与介质结构熵的指数标度关系,实验证实胶体粒子扩散系数唯一依赖于结构熵的普适规律。非晶合金领域发现原子扩散速率受参考应变率与温度协同调控,高温流变行为由缺陷湮灭与生成的动态竞争主导。多组分扩散需采用Maxwell-Stefan方程,其扩散系数张量需通过n(n-1)/2个独立参数描述。