Försmältning

Försmältning, eller premelting, är fenomenet att en fast substans vid temperaturer under den bulk-smältpunkten utvecklar ett tunnfilmigt, vätskeliknande skikt vid ytor eller vid korngränser i en polykrystal. Skiktet består av en vätskeliknande fas som är tunnare än en egentlig melt och uppträder innan hela materialet smälter.

Fenomenet är särskilt väl studerat hos is, där en tunn quasiliq-liknande film kan förekomma långt under 0°C. Även i metaller, salter och andra kristallina ämnen kan premelting uppträda nära den externa smältpunkten, särskilt vid grain boundaries, defekter och andra ytliga eller inre gränsområden.

Orsaken är att den fria ytan har högre energetisk kostnad än bulk. Vid ökande temperatur ökar atomrörelsen och det blir energetiskt fördelaktigt att bilda en tunn vätskeliknande lager som minskar interfacialenergin mellan ytan och resten av materialet. Föroreningar, spänningar och defekter kan förstärka eller dämpa effekten.

Betydelse och konsekvenser är bred: premelting påverkar diffusionshastigheter, sintring och kristallväxt, liksom ytfriktion, korrosion och mekaniska egenskaper nära smältpunkten. Inom is spelar premelting en roll för ytglidning och smörjning.

Observationer och mätningar: premelting studeras med metoder som differential scanning calorimetri (DSC), atomkraftsmikroskopi (AFM), röntgendiffraktion och ytröntgen. Teoretiska modeller bygger på interfacialenergi och termodynamiska principer.