nukleatsioon

Nukleatsioon on faasi muutuse esialgne etapp, mille käigus tekib vanema faasi sees uus, stabiilne embrüo ehk nukleus. Protsess nõuab tavaliselt supersaturatsiooni või superkülmust, mis loob energialise piirangu: kui nukleus ei ületa kriitilist suurust, lahustub see tagasi. Kui nukleus kasvab piisavalt suureks, võib kogu süsteemis toimuda faasimuutus.

Nukleatsioon jaguneb peamiselt kaheks: homogeenne nukleatsioon, mis toimub puhtas faasis ilma välistest pindadest sõltumata; ja heterogeenne nukleatsioon, mis toimub olemasolevate pindade või võõrkehade juures (näiteks tolm, pinnad), kus energiabarjäär on madalam.

Klassikaline nucleatsiooniteooria kirjeldab, kuidas tekib energia muutus ΔG(r) sõltuva nukleuse raadiuse r kaudu: ΔG(r) = (4/3)πr^3ΔG_v + 4πr^2γ. Kriitiline raadius on r* = -2γ/ΔG_v ja energiabarjäär ΔG* = 16πγ^3/(3(ΔG_v)^2). Nukleatsioonivõimalus J kirjeldab tavaliselt vormis J = J0 exp(-ΔG*/kT). Tegelikud väärtused sõltuvad materjalist ja tingimustest.

Nukleatsioon mängib olulist rolli kristalliseerumises, lahustumises ja kondenseerumises; see on keskne udu- ja aerosoolide tekkes ning mõjutab materjalide mikroskoopilist struktuuri ning omadusi. Uuringud hõlmavad nii eksperimentaalset taasesitamist (nt DSC, mikroskoopia) kui ka teoreetilisi ja arvutuslikke meetodeid, sealhulgas klassikalist nucleatsiooniteooriat ja mitteklassikalisi mehhanisme, näiteks prenukleatsiooni klastrite rolli.