nucleatsioon

Nukleatsioon on protsess, mille käigus tekib uus faas või kristallistruktuur olemasoleva faasi sees. See on faasimuutuste esmaseks sammuks ja määrab sageli hilisema kasvupuuri ning materjali omadused. Nukleatsioon võib toimuda nii vedelikes kui gaasilistes ning tahketes süsteemides, näiteks lahuste kristalliseerumisel, gaaside kondenseerumisel või vedelate ainete aurustumisel.

Nukleatsioon jaguneb peamiselt kaheks: homogeenne ja heterogeenne. Homogeenne nucleatsioon toimub ühtlaselt kogu maatriksis ilma väliste pindadeta, samas kui heterogeenne nucleatsioon tekib olemasolevate pindade või lisandite juures, mis pindade tõttu energia kulu ülempiiremad jauakse ning nii tekib nuklei. Heterogeenne nucleatsioon on tavaliselt lihtsalt teostatav ja sagedasem looduses ning tööstuses.

Energiatöö nucleatsioonis iseloomustab kriitiline tuum, mille läbimõõt ja suurus määravad, kas uus faas laseb kasvule alata. Klassikaline nucleatsiooniteooria (CNT) kirjeldab seda energiabarjääri ΔG*, mis sõltub pindpinevusest γ ja faasierinevusest Δμ; sageli öeldakse, et ΔG* ~ 16πγ^3/(3(Δμ)^2). Nucleatsioonikiirus J on ligikaudu proportsionaalne exp(-ΔG*/kT).

Nukleatsiooni kontrollivad temperatuur, rõhk, lahustuvus, lisandid ja pinnad. Näited hõlmavad jää moodustumist atmosfääris, kristalliseerumist keemilistes lahustes, polümeeride ja metallide kristallide tekkimist ning ravimite kvaliteedi ning kestuse kujundamist.