Nukleointivaihetta

Nukleointivaihetta käsittelevä artikkeli

Nukleointivaihe on faasimuutoksen varhaisin vaihe, jossa uuden faasin pienet ydinpartikkat muodostuvat vanhemman faasin sisälle. Nämä ydinpartikkat, nukleit, ovat kriittisiä paikkoja, joilla muutos voi lähteä etenemään. Nukleointi voi tapahtua sekä homogeenisesti, jolloin ydin syntyy koko faasisysteemin sisällä, että heterogeenisesti, jolloin ydin syntyy sallivien pintojen, epäpuhtauksien tai epäjatkumien lähelle, kuten seuloihin, rajapintoihin tai epäpuhtauksien artefakteihin.

Nukleointi on riippuvainen termodynaamisesta ajosta ja rakenteellisista tekijöistä. Suurempi ajovoima simuloi suurempaa todennäköisyyttä uuden faasin syntyyn, kun taas interfaattinen energia sekä epäjatkuvuudet voivat estää sitä. Homogeeninen nukleointi on yleensä vaikeampaa, koska energiaeste on suurempi; heterogeeninen nukleointi tapahtuu pienemmillä energiavaurioilla, mikä nopeuttaa ydin muodostumista.

Klassinen nukleointiteoria (CNT) mallintaa prosessia, jossa nuklei, koosta riippuva kriittiseen kokoon, kasvaa tai hylätään. Nukleen kriittinen säde r* ja vapaan energian este ΔG* riippuvat interfaciaalienergiasta γ ja faasin sisäisestä tilavuusenergiaerosta ΔGv. Hankkimalla suuremman kylmävedettävyyden tai yli- tai alayhteisöjä, nukleointinopeus voidaan muuttaa suuresti.

Esimerkkejä, joissa nukleointivaihetta on keskeinen: metallien ja halkeamattomien epäjärjestysten kristallisaatio sulamasta, polymeerien kiteytyminen ja lasin jäähdytys, sekä geologiset ja puolijohdejärjestelmät, joissa hiukkasten tai fassien muodostuminen määrittää materiaalin mikrostrukturin.

Nukleointivaiheen ymmärtäminen on oleellista kontrolloitaessa materiaalien mikrorakennetta, kestävyyttä ja mekaanisia ominaisuuksia, sekä määriteltäessä prosessien optimointia ja esivalmistelua.

---