kernedannelse

Kernedannelse, også kendt som nukleation, er den indledende fase i en faseændring eller krystallisering, hvor små klynger af den nye fase først dannes i den eksisterende fase. Disse klynger kaldes kernes, og kun de der når en kritisk størrelse, kan vokse videre og forårsage en fuld transition. Kernedannelse er central i processer som krystallisering fra smelte, præcipitation i opløsninger og dannelse af is eller skyer.

Der findes to hovedtyper: homogen kernedannelse forekommer i et ensartet medium uden overflader eller fremmedpartikler; heterogen kernedannelse foregår ved eller på eksisterende overflader eller partikler, hvilket sænker energibarrieren og øger sandsynligheden for kernen.

Ifølge klassisk nukleationsteori består ændringen i fri energi ved dannelsen af en kjerne af en gevinst i volumenenergi minus en omkostning forbundet med kernenes grænseflade. Denne balance giver en energi-barriere og en kritisk kernestørrelse. Kernen skal nå denne størrelse, før væksten kan fortsætte.

Kernedannelse påvirkes af temperatur, overskudsstof (oversaturation eller mætning), tilstedeværende urenheder og forhold omkring grænseflader. Nukleationsraten og induktionstiden er centrale mål i eksperimenter og modeller.

Anvendelserne spænder fra styring af kornstørrelse i metaller og polymerer til produktion af nanopartikler, krystallisering af kemiske produkter og atmosfærisk videnskab som skydannelse. Forståelse af kernedannelse er derfor væsentlig i materialeforskning og procesdesign.