热致扩散简介

质扩散和热传导耦合引起的热质扩散，常称之为索瑞效应和杜伏效应。在热质扩散中，由于温度梯度引起混合物中出现附加的浓度梯度而造成传质，是于1893年由索瑞（C. Soret）在液体中发现的。杜伏效应则是指由于各种物质互相扩散引起温度梯度，或者说，由于有浓度梯度引起温度梯度，这是杜伏（L. Dufour）于1872年在气体中发现的。杜伏效应是索瑞效应的逆效应。

在温度梯度中，原子有可能而且确实发生运动，因为在元素A的原子上有一驱动力f_A，例如Denbigh（1951）给出此力的大小为：

式中Q*为迁移热，是一个大小或符号都难以估计的量，但在物理意义上是造成扩散跃迁的原子的过剩能量。对于一种气体或液体夹杂，Q为每个原子蒸发或熔化的潜热，但似乎没有确定Q*的通用法则适用于原子迁移（Ho，1966I Nichols，1972）。

对于通过空位机制进行扩散的金属的Q*值，有一个简单模型指出：

其中E_m为空位移动的能量，β为稍低于1的因数，E_t为空位的形成能。这个模型是以下述看法为根据的：原子的移动将沿温度梯度向下传输其一部分运动所需激活能（其余部分被周围原子传输），但运动要求沿空位的温度梯度向上迁移，这将传输其形成能。Ho指出，看来这种模型对于电子结构简单的金属（金，银，钢，铝）是相当适用的。这一结论得到Swalin和Yin（1967）的支持，但对某些过渡族金属，如钻、铁，钛和钻，发现的很大的热迁移值与简单的理论不一致。

当一个温度场外加给一种材料（或一个系统）时，在这种材料或系统内，就会发生热扩散，这就是Soret效应。Walker（1982）介绍了一种方法，研究Soret效应。他把洋中脊玄武岩研磨成粉末，在直径为2．4mm的Mo棒上，钻出φ1．6mm x8mm的圆柱形空穴，把样品装入其中，在活塞圆筒装置中进行实验。Mo棒圆柱形空穴的热端温度保持在1480±75℃，冷端保持在1215±75℃，压力为l0kbar，在干的条件下，加热137小时，热端放在垂直位置的下面，冷端放在上面，这样可以防止重力作用对Soret效应的影响。实验原样经电子探针分析，热端液体相当于安山岩质，冷端液体为Fe苦橄质（Ferro picfitic）。各种氧化物的扩散效府如图1：玄武岩样品氧化物重量百分比随温度梯度变化图所示。

从图1：玄武岩样品氧化物重量百分比随温度梯度变化图可以看出，外界的温度梯度使天然岩浆中的Fe、Mg、Ca、Ti等组分向冷端扩散，而Si、Al、Na、K等组分向热端扩散，这就是有名的Soret效应在岩浆作用中的体现。

因而，在低温端形成“链”和“环”为主的聚合体，在热端形成具架状结构的“三维网络”聚合体，显然，热端的“三维网络”聚合体的质量要低于冷端“链”和“环”等聚合体的质量。Soret效应就这样使岩浆中不同元素，因为所结合的结构单元存在“质量差”而分离。在这里，Soret效应与流体不混熔（液体熔离作用）作用分选结构单位的情形相似，但分选机制不同。在熔离作用中分选机制是由熔体结构上的不协调（不匹配）所致。

（1）革兰氏阳性细菌：全菌体、代谢产物、细胞壁中的肽聚糖可致热。

（2）革兰氏阴性细菌：全菌体、代谢产物、肽聚糖可致热，尤其是细胞壁中所含的★内毒素（endotoxin，ET）。

★★内毒素：主要成分为脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），LPS主要致热及毒性部分为脂质A（Lipid A）。

内毒素有高水溶性，高耐热性，难以灭活及清除，有极强的发热效应，是最常见的外致热源，是血液制品和输液过程中的主要污染物。

格兰阴性细菌重度感染时若短期大量使用抗生素，则细菌死亡、裂解时会释放大量内毒素而使病情加重甚至导致患者死亡。

（3）分枝杆菌：典型菌群为结核杆菌。患者多有盗汗及午后低热。全菌体及细胞壁中的肽聚糖、多糖和蛋白质均可致热。

（4）病毒：全病毒体、包膜脂蛋白、其所含的血细胞凝集素及其所含不同的特殊毒素样物质可致热。

（5）真菌：全菌体及菌体内所含荚膜多糖和蛋白质可致热。

（6）螺旋体：常见的有梅毒螺旋体、回归热螺旋体、钩端螺旋体。其所含溶血素、细胞毒因子、外素素等可致热。

（7）疟原虫：感染疟原虫的红细胞破裂时释放大量裂殖子和代谢产物（疟色素等），从而引起高热。

（8）其他：立克次体、支原体、衣原体等。

热扩散率是指在一定的热量得失情况下，物体温度变化快慢的一个物理量，它的大小与物体的热导率λ成正比与物体的热容量Cv成反比，单位是m2/s.可用下式表示：

式中，K为热扩散率；γ为热导率；Cv为容积热容量。

物体的热扩散率越大，表明热量由物体表面向深层或者由深层向物体表面的扩散的能力越强，温度变化所及深度越深，各深度的温度差消除越快，物体的热扩散率越小，则反之。

热扩散率又叫导温系数，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力；相当于物体的蓄热能力，而分子为热导率，故两者之比反映了物质热量扩散的能力。这个综合物性参数对稳态导热没有影响，但是在非稳态导热过程中，它是一个非常重要的参数。

热导率只说明物体传导热量速度快慢，虽然水的γ是空气的22.8倍，但空气的Cv只是水的1/3483，所以，同体积的空气比水增温快得多。表征物体增温快慢的物理量是热扩散系数K，也称导温率。