108 年 國立暨南國際大學應用材料及光電工程學系碩士班《材料科學導論》

非穩態擴散（Non-Steady-State Diffusion）是指在擴散過程中，由於時間的變化，擴散物質的濃度在空間中的分佈也會隨時間改變的現象。與穩態擴散（Steady-State Diffusion）不同，穩態擴散假設擴散通量（flux）在空間和時間上都是恆定的。

在非穩態擴散中，擴散物質的濃度 $C$ 成為位置 $x$ 和時間 $t$ 的函數，即 $C(x, t)$。描述非穩態擴散的基本方程式是二維的菲克第二定律（Fick's Second Law）：
$\frac{\partial C}{\partial t} = D \frac{\partial^2 C}{\partial x^2}$

材料（Materials）是構成物質的基本元素，根據其化學成分、原子結構、物理性質和應用領域，可以分為許多種類。以下列出四種主要的材料類別：

1. 金屬材料 (Metallic Materials)：

   • 特性：通常具有良好的導電性、導熱性、延展性（可塑性）、強度和韌性。它們的原子結構通常是緊密堆積的晶體結構，並且電子在金屬晶格中是自由移動的（金屬鍵）。
   • 例子：鐵（Steel）、鋁（Aluminum）、銅（Copper）、鈦（Titanium）、金（Gold）、銀（Silver）等。
   • 應用：建築結構、汽車、飛機、電子元件、電線、餐具等。

2. 陶瓷材料 (Ceramic Materials)：

   • 特性：通常由金屬元素和非金屬元素（如氧、氮、碳）組成，以離子鍵或共價鍵結合。它們具有高硬度、高耐溫性、耐腐蝕性、絕緣性，但通常較脆。
   • 例子：氧化鋁（Alumina, $Al_2O_3$）、氧化鋯（Zirconia, $ZrO_2$）、碳化矽（Silicon Carbide, $SiC$）、氮化矽（Silicon Nitride, $Si_3N_4$）、玻璃（Glass）、水泥（Cement）等。