擴散（diffusion）

在靜止的水中滴一滴墨水，看著它緩緩擴散，直到顏色處處均勻，完全不需攪拌。那種擴散開來就是擴散：原子或分子從擁擠處淨移動到稀疏處，純粹由它們自身的隨機晃動所驅動。對初學者而言令人驚訝的事實是，這在固體中也會發生。固態金屬中的原子並非凍結不動——它們持續振動，而且不時有一個跳到新的位置。日積月累，這無數次隨機的跳躍加總起來，就成了穩定而有方向的流動，能在沒有任何肉眼可見的東西移動的情況下混合材料。

為什麼隨機漫步會產生淨方向？因為擁擠那一側可跳向空側的原子，就是比反方向的多。每個原子各自漫無目的地遊走，但統計完成了剩下的事：擁擠區失去原子的速度快於它得到原子的速度，直到濃度均勻為止。有兩件事掌控速率。第一，原子需要有地方可去——隔壁的一個空位，或一個空的間隙位置——這正是為什麼擴散依賴缺陷。第二，它需要足夠的能量才能擠過鄰居，這道能量障礙稱為活化能。由於擁有足夠能量的原子比例隨溫度呈指數成長，擴散在東西變熱時急遽加速、在冷卻時幾近停止。

擴散是眾多材料加工背後默默的主力。它是碳滲入鋼齒輪使其表面硬化的方式（滲碳）、是把摻質趕進矽中製造電晶體的方式、是鬆散粉末熔合成緻密陶瓷的方式（燒結）、是各相在冷卻時成長與轉變的方式，也是金屬在高溫負載下緩慢潛變的方式。掌握擴散，你就能預測一次熱處理必須進行多久、又能達到多深——這正是菲克定律所量化的。