spinodiaalinen

Spinodiaalinen hajotus on faasien eriytymisen mekanismi, jossa homogeeninen seos muuttuu spontaanisti kahdeksi tai useammaksi faasiksi ilman nuklaatioon liittyvää energiabarriääriä. Tämä tapahtuu termodynaamisesti epävakaassa tilassa spinodisella alueella, jonka sisällä toisen kertaluvun vapaan energian d^2G/dx^2 on negatiivinen. Spinodiaalinen hajotus esiintyy esimerkiksi binäärisissä seoksissa ja polymeeriblendeissä, kun seoksen koostumuskeskittymin ovat tietyllä lämpötilalla sekä paineella spinodiaalisen alueen sisällä.

Teoreettinen kuvaus perustuu Cahn–Hilliard -malliin. Yhteenvetona hajotusta voidaan kuvata epätäydellisen koostumuksen c(r,t) diffuusiollisella dynamiikalla: ∂c/∂t = ∇·(M∇(δF/δc)), missä M on diffusionkannatus ja F on vapaan energian funzione, joka sisältää sekä paikallisen energian että gradienttien energian. Alkuaikana lineaarinen analyysi osoittaa, että pienet häiriöt kasvavat, ja nopeimmin kasvava moodi määrittää mikrorakenteen yksittäisen pituusmitan. Ajan myötä koarsuminen etenee diffuusion kautta.

Mikrorakenne spinodiaalisen hajotuksen aikana muistuttaa usein labyrinth- tai verkkomaista kuviota. Rakenteen mittakaava suurenee ajan kuluessa koarsumisprosessin seurauksena, jolloin faasien pienet alueet yhdistyvät suuremmiksi alueiksi.

Havaitsemisessa spinodiaalinen hajotus ilmenee esimerkiksi siten, että rakenteen spektri kehittyy siten, että S(q) osoittaa peakkiä finite-q-alueella. Tämä voidaan todentaa pieniltä ja keskikokoisilta mittakaavilta SAXS-/neutsaussirroilla tai sähköisesti optisella mikroskopialla. Spinodiaalinen hajotus eroaa nucleation and growth -mekanismista siinä, ettei tarvita suurta energiaestettä uuden faasin syntymiselle; hajotus käynnistyy suoraan epävakaudesta käsin.