二元离子交换作用下硅酸盐玻璃的热力学与动力学：平衡条件与互扩散动力学

离子交换过程在离子储库与固体基质之间进行，其建模基于以下假设：界面附近体积达到平衡的时间远快于整体离子交换过程的时间，而在固体基质内部，离子通过互扩散动力学过程传输。最初根据经典热力学建立了离子交换平衡条件。结果用交换离子物种的化学势来定义。所提出的原创推导利用子系统热力学来确定近表面平衡浓度和离子交换等温线。玻璃中交换离子的相互作用能通过热力学因子 n 确定，该因子是离子交换等温线的一个参数。讨论了硅酸盐玻璃中离子交换过程的动力学，以寻找其与近表面平衡条件的联系。玻璃中入射离子的通量方程写成了菲克方程的形式，其中包含一个依赖于浓度的互扩散系数，该系数纳入了热力学因子 n。研究发现，互扩散系数的热力学因子与玻璃中交换离子的相互作用能有关，这为解释过去的实验结果提供了一种新方法。发现表面浓度与离子交换等温线的第二个参数（即平衡常数 K）密切相关，并显著受到离子储库（熔盐浴）化学组成的影响。在非平衡热力学框架下进一步处理离子交换动力学，可以将热力学因子解释为玻璃基质中入射离子浓度的函数。