在多个亚稳中间相存在下从熔体中稳定固体的成核：润湿、Ostwald阶梯规则和消失的多晶型
材料科学
2013-04-08 v1 软凝聚态物质
统计力学
摘要
在许多系统中，稳定固体的成核可能发生在其他（通常不止一种）亚稳相存在的情况下。这些亚稳相可以是多晶型固体，甚至是液相。在这种情况下，亚稳相可以“润湿”母相与子相之间的界面，从而促进从熔体中固相的成核，尽管在母液和稳定固相的热力学性质中可能没有亚稳相存在的迹象。直接应用经典成核理论（CNT）在此存在缺陷，因为它高估了成核势垒——由于表面张力被高估（忽略了中间有序的亚稳相），而子相与母相之间的热力学自由能差保持不变。本文讨论了一种基于密度泛函理论（DFT）的统计力学方法，以探索和量化这种促进作用。我们构建了一个简单的依赖于序参量的自由能曲面，然后将其用于DFT中计算：(i) 序参量分布，(ii) 总成核自由能势垒，以及(iii) 母液与亚稳固相之间以及母液与稳定固相之间的表面张力。该理论确实发现，在润湿存在的情况下，成核自由能势垒可以显著降低。这种方法可以为Ostwald阶梯规则以及依赖于温度和其他热力学条件的著名“消失的多晶型”现象提供微观解释。该理论揭示了相变动力学的多种情景，其中一些可以通过现代纳米合成方法进行探索。
引用
@article{arxiv.1304.1663,
title = {Nucleation of a stable solid from melt in the presence of multiple metastable intermediate phases: Wetting, Ostwald step rule and vanishing polymorphs},
author = {Mantu Santra and Rakesh S. Singh and Biman Bagchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1304.1663},
year = {2013}
}