Muodostamiskonsentraatio

Muodostamiskonsentraatio on käsite, jota käytetään kuvaamaan tietyn kemiallisen aineen paikallista pitoisuutta siihen hetkeen tai tilaan, jolloin uusi faasi, kerros tai rakenne muodostuu. Se korostaa, että pitoisuus voi vaihdella sekä tilan että ajan mukaan ja että muodostuminen ei välttämättä tapahtuu tasapainokonsentraation perusteella. Muodostamiskonsentraatio vaikuttaa sen määrittämään faasin valintaan, ominaisuuksiin sekä kasvun tai nucleationin nopeuteen prosessin aikana.

Käytännössä muodostamiskonsentraatio ilmenee esimerkiksi kiteytymisessä, faasin nucleaatiossa, pinnoitteiden muodostumisessa sekä nanorakenteiden kasvussa. Sitä pidetään usein suurempana kuin tasapainokonsentraatio, jolloin kasvun ajurit ja rakenteelliset lopputulokset voivat poiketa suunnitellusta. Esimerkiksi oksidikalvojen tai metalliseosten kasvussa paikallinen pitoisuus ratkaisevassa roolissa määrittää, mitä faasia ja millä koostumuksella muodostuu.

Pitoisuus voidaan arvioida sekä kokeellisesti että semikvantitatiivisesti mallien avulla. Käytännössä muodostamiskonsentraation arvo ja sen vaikutus voidaan erittää tutkimalla supersaturaatiota, diffuusiota ja nucleation-kutsuja sekä käyttämällä kineettisiä malleja. Mitä suurempi muodostamiskonsentraatio, sitä suurempi on usein harrastettu driving force nucleaatioon ja kasvuun, mikä voi johtaa erilaisiin mikro- ja makrostruktuureihin.

Mittauksessa ja analyysissä hyödynnetään in situ -tekniikoita sekä jälkianalyysejä kuten EDX, SIMS, EPMA ja atomipiste-tomografia, joiden avulla voidaan arvioida paikallista loppukokoistumista ja osoittaa, missä prosessin vaiheessa muodostuminen tapahtuu. Muodostamiskonsentraatio on siten keskeinen parametri materiaalien valmistuksessa ja faasimuodostumien tutkimuksessa.