Nucleatsiooni

Nukleatsioon (võimalik nimetus nucleatsiooni) on füüsikaline protsess, mille käigus tekivad esimesed püsivad uue faasi piirkonnad ning need võivad kasvada suuremateks. See nähtus on oluline kristalliseerumisel, allakülmimisel ja lahustes kondenseerumisel ning määrab materjalide struktuuri ja omadused. Nukleatsioon võib olla homogeenne või heterogeenne: homogeenne nucleatsioon toimub ebapinnalises keskkonnas ja nõuab suuremat energiadessurssi; heterogeenne nucleatsioon tekib olemasolevate pindade, võõrkehade või sadeainete juures ning energia barjäär on väiksem.

Energiastik: Klassikaline nucleatsiooniteooria kirjeldab, kuidas uus faas tekib faaside vahelise keemilise potentsiaali erinevuse Δμ ja pindpinge γ mõjul. Sphäärilise nucleus jaoks energiabarjäär on ΔG* = 16πγ^3/(3Δμ^2) ning kriitiline raadius r* = 2γ/Δμ. Nucleatsioonimäär J sõltub temperatuurist ja barjäärist ning ligikaudselt J ≈ J0 exp(-ΔG*/kT). Supersaturatsioon või allakülm vähendab ΔG* ja suurendab nucleatsiooni kiirust.

Rakendused ja tähtsus: Nukleatsioon määrab kristallide suuruse ja kvaliteedi, kontrollib materjalide mikrostruktuuri ja tööstusprotsesse, mõjutab pilvede moodustumist ning jää ja kondenseerumise mehhanismi atmosfääris. Mõistmine aitab optimeerida tootmist, vähendada defekte ning parandada materjalide omadusi ning ennustada kliima- ja ökosüsteemi protsesse.