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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 金属 » 基础研究 » 形核自由能的问题
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kokon1022

金虫 (小有名气)

[交流] 形核自由能的问题

均质形核的自由能解释部分关于临界形核尺寸的讨论估计做凝固的都耳熟能详，今天重新看到这个图的解释，忽然有个问题。关于临界形核尺寸，过了临界形核尺寸（b 点）以后，由于整体自由能随着核心尺寸的增加呈下降趋势，晶核的生长过程就可以自发完成。但事实上在该点的总的自由能为正值。其实在a点以前，整体的体系自由能一直都为正，即凝固产生的体积自由能变化不足以克服增加的表面自由能，使得体系的自由能与形核以前比是增加的。那么现在问题是这个从一开始自由能就增加的过程最开始是如何发生的呢？

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1楼2012-11-08 07:19:51
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kzhuangzi

铁虫 (初入文坛)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
Zpffpz: 金币+1, 很形象啊 2013-01-20 02:51:11
这张图提供的是热力学判断，宏观，但无法解释实际过程。要解释只能从动力学入手，考虑时间、速率。所谓能量起伏和结构起伏其实是动力学描述。比如化学反应中A+B=C，当反应正向进行时，热力学描述是G<0，但事实上，逆向反应是同时存在的，只是速率小于正向的反应速率，因而宏观上表现为正向。同样，在熔体中，原子不成键，不站在点阵位置上，是大概率事件；原子凑巧站在一起，还成了键，是小概率事件。最后，热力学描述为形核G>0，到绝对零度也不会形核。但动力学上看，随机的屌丝逆袭还是会发生。一旦有一坨原子很巧地站在了一起，而且hand in hand成了个键，恰巧过了临界形核尺寸，那么再接下来就是这张图右半边的情况了，逆袭成功。综上，尽管高富帅们掌握了绝对优势（热力学），但屌丝们永远有一颗骚动的心（动力学），这就是各种起伏。
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16楼2013-01-19 09:15:53
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lzhang7352

铁虫 (初入文坛)
★
kokon1022(金币+1): 谢谢参与
过冷液体中原子可动，一些原子随机形成一些排列有序的小晶核，小晶核也同时会消失又重新变得无序，这样的过程是动态的，来自于液体内能量微小的涨落。我理解的形核不是直线性的，而是从统计热力学的角度。形核功的图只告诉我们什么样尺寸的晶核是稳定的晶核，并没有描述晶核从小长大的过程中自由能的变化。
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3楼2012-11-08 09:01:50
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kokon1022

金虫 (小有名气)
楼上说的有道理，液态结构的原子起伏在某种程度上影响形核的发生。如果从这个角度讲，在形核起始阶段研究自由能变化就没有意义，那这张图至少是不准确的。
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4楼2012-11-08 17:08:27
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lzhang7352

铁虫 (初入文坛)
图没有问题。这个图并没有描述形核过程的意思，你所说的“形核起始阶段” 也无从谈起。热力学角度的理论分析可以明确界面自由能与体自由能竞争影响临界形核尺寸的物理本质。
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5楼2012-11-09 15:00:06
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