nucleatsiooniteooriat

Nucleatsiooniteooria kirjeldab, kuidas uus faas tekib olemasolevas faasis metastabiilsetes tingimustes. Nucleatsioon võib olla homogeenne, kui südamikud tekivad puhtas keskkonnas juhuslikult kogu ruumis, või heterogeenne, kui moodustumist soodustavad pinnad või lisandid. Südamike moodustumine ja nende kasv viib lõpuks faasimuutuseni või kristalliseerumiseni.

Klassikalises nucleatsiooniteoorias käsitletakse protsessi Gibbs'i vaba energia muutuse kaudu. Väike südamik kujutab endast energialahendust, mis on funktsiooniga ΔG(R) = 4/3 π R^3 ΔGv + 4π R^2 γ, kus ΔGv on mahtuvaba energia erinevus ning γ faaside piirpind. Kritiline raadius on R* = 2 γ / |ΔGv| ja kriitiline energia ΔG* = 16 π γ^3 /(3 (ΔGv)^2). Nukleatsioonimäär J sõltub termodünaamilistest ja kineetilistest teguritest ning on ligikaudu J ∝ A exp(-ΔG*/kT). Zeldovichi tegur Z korrigeerib südamike läbimineku läve lähedal.

Heterogeenne nucleatsioon toimub pindade või lisandite mõjul ning energiabarjäär on homogeenist väiksem. Barjääri kahanemine sõltub pinna omadustest ja kontaktnurgast ning seletab sageli tegelikku nucleatsioonimäära.

Mittekonventsionaalne või kaheastmeline nucleatsioon kirjeldab, et mõnel juhul tekivad esmalt prekursorid või tihedad vedelad lähtekohad ning kristallilise faasi moodustumine järgneb hiljem; seda peetakse oluliseks mõnel materjalil ja tingimustel.

Rakendused hõlmavad kristalliseerumist materjalide töötlemisel, sulamite ja polümeeride korrastumist ning atmosfääri pilvede moodustumist. Piirangud: klassikaline teooria eeldab isotroopset, sfäärilisi südamikke ja konstantset pindpinget; tegelikkuses esinevad anisotroopia, suurusmõjud ja mitmetasmelised mehhanismid, mille tõttu arendatakse täpsemaid mudelite ja eksperimentaalseid tõendeid.