成核-公开课件.ppt

在半径为 r的圆柱空腔中的胚团，r 是恒定的，形成能只是 h 的函数； 若 h 足够大，表面能项可为负值； 若流体为过冷或过饱和流体，?g0。随着 h 增加， ?G总是? ? 胚团将自发增长 ? 等价于籽晶生长 若流体为过热或不饱和流体，?g0，胚团也可能是稳定的 ? ?G随 h 增加而减小，即 空腔的半径越小，胚团越稳定 如： 在熔体生长系统中，当温度超过Tm时，即?g0，随着T上升，半径 r 较大的空腔中的胚团先消失，半径小的后消失。 §5 界面失配对成核行为的影响 衬底与胚团间的界面性质对成核行为的影响 ? 接触角？ 界面处点阵不匹配对界面能和弹性能的影响 如何通过它们影响对成核行为 衬底和胚团点阵不匹配对成核的影响 界面能?cs 弹性畸变能 中俄边境－瑷珲海关旧址 爱辉镇中现正建设着一座大型博物馆，集中展示关于1858年沙俄强迫清朝政府订立不平等的《瑷珲条约》前后那段中国历史。博物馆的大门右侧饰有1858个大小铜铃，意寓着1858年。……出博物馆向右望去，一棵被围栏保护起来的高大松树赫然在目。树旁立有一碑，上书“见证松”及一段说明文字，碑下更有“勿忘国耻?振兴中华”两行黑字。 北极哨所－漠河县 停泊在黑瞎子岛外的俄罗斯炮艇 黑龙江省抚远县：最早见到太阳的地方 越南边民赶着马匹越界而过，仿佛边界线并不存在一样。 位于中越边境上的靖西县龙邦口岸，是很冷清的一个边贸小镇。离口岸不远就是中越边界734号界碑。……20年前，这里曾经是遍布地雷的“死亡地带”。如今亲临1020公里的中越边境广西段，走进一个个繁荣的集镇、平静的乡村、游人如织的边境旅游点，若不是那一块块新竖立的界碑，记者简直体会不到边界线的存在。 中越边境“死亡地带”：两国较劲德天瀑布（宽100米、高40米） 德天瀑布是亚洲第一、世界第二大跨国瀑布(仅次于美国-加拿大边境的尼亚加拉瀑布)？ 伊瓜苏大瀑布——世界上最宽的瀑布 瀑布高度：82米、瀑布宽度：4000米 世界三大瀑布 第一是北美的尼亚加拉 第二是非洲的维多利亚 第三就是伊瓜苏 晶核尺寸与体系自由能关系 体自由能－ Derby － 界面能 体自由能－ Derby － 界面能 临界形成能=表面能的1/3 1. rc值越小，表示新相越容易生成。 2. 当r rc时，在?G表达式中?G2项占优势，?G随r增大而增大；当r rc时，在?G表达式中?G1项占优势，?G随r增大而减小。 3. rc随着温度而变化，?T越大则rc越小，相变也越容易进行。 4. 在相变过程中，?和T0均为正值。如相变过程为放热过程，即?H 0，则必?T 0，也即T0 T，这表明系统需要过冷，而且过冷度愈大，rc值就愈小。 讨论 5. 临界形成能相当于表面能的1/3，这意味着固、液之间自由能差只能供给形成临界晶核所需表面能的2/3，其余1/3的能量靠能量起伏来补足。 二维成核和生长 吉布斯－ 汤姆孙关系式 R=Nok Vs=No?s 物理原因：弯曲界面的界面能效应 思考题 试从吉布斯－汤姆孙关系式来解释成核存在临界半径的问题？ 二、晶面微观结构的影响 粗糙晶面：流体中的原子进入其任何位置对?G(i)贡献相同 光滑晶面：流体中的原子进入其不同位置?台阶上的扭折位置、台阶上的孤立位置、晶面上的孤立位置?对?G(i)贡献不同 ?g越小，晶核尺寸越小，晶核形成能?G*也越小 ?g=-0.2lsf时，i*=39个， ?G*?3lsf ?g=-0.7lsf时，i*=1个， ?G* ?0 ?无成核位垒 lsf：单位原子的相变潜热 光滑曲线 折线：考虑到光滑界面上不同位置对?G贡献不同所得的结果 三、复相起伏和晶核的成核率 在任何宏观上均匀的系统中，若以微观尺度衡量，不仅存在通常的密度起伏，而且系统中的原子时而结聚成胚团、时而离散。 胚团?具有与新相完全相同的结构和性质、寿命极短 复相起伏：产生胚团的起伏?平衡系统、亚稳系统 单相起伏：单纯的密度起伏，与新相完全无关 两种不同的起伏 若系统中单位体积内未联合的分子数（原子数）为 n 假设不存在 rr*（ii*）的微小晶体 胚团形成能：?G(r) 或 ?G(i) ?g0 ?流体为稳定相，胚团存在但不能长大 ?g0 ?流体为非稳相，rr*的胚团不能长大，r=r*的胚团可能长大，并能形成宏观晶体 在母相中之所以会形成胚芽，是由于母相中有密度起伏，因而在母相中有若干个分子（或原子）偶然间形成了一定的集团，其分子（或原子）的聚合方式不同于母相。倘若母相是处于稳定状态，那么这些胚芽虽然由于起伏过程而可能出现，但是胚芽的能量要随着尺寸的增大而迅速增大。因此，平衡存在的胚芽数随胚芽尺寸的增大而迅速减少。对于一个处于亚稳态的母相，则其中产生的新相胚芽的能量，只