ON THE THEORY OF HOMOGENEOUS NUCLEATION OF CRYSTALS FROM MELTS

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

A new model for the kinetics of homogeneous nucleation of crystals from melts is developed in the framework of classical nucleation theory. The traditional approach considering the mechanism of mass transfer from the melt to nucleated particles by random attachment of atoms at the interface, which is valid for crystals with atomically rough interface, is modified in application to faceted crystalline particles with atomically smooth interface, whose growth is controlled by two-dimensional nucleation of terraces of monoatomic height on the crystal faces. The new model demonstrates a strong suppression of the nucleation rate compared to the traditional approach.

Об авторах

M. S Veshchunov

Email: msvesh@gmail.com

Список литературы

  1. K. F. Kelton and A. L. Greer, Nucleation in Condensed Matter: Applications in Materials and Biology, Vol. 15, Elsevier (2010).
  2. A. A. Chernov, Modern Crystallography Iii: Crystal Growth, Vol. 36, Springer Science and Business Media (2012).
  3. M. Volmer and A. Weber, Keimbildung in Ubersattigten Gebilden, Z. Phys. Chem. 119, 277 (1926).
  4. R. Becker and W. Doering, Kinetische Behandlung der Keimbildung in Ubersattigten Dampfen, Ann. Phys. 24, 719 (1935).
  5. Ya. B. Zeldovich, On the Theory of New Phase Formation: Cavitation, Acta Physicochim. URSS 18, 1 (1943).
  6. D. Turnbull and J. C. Fisher, Rate of Nucleation in Condensed Systems, J. Chem. Phys. 17, 71 (1949).
  7. W. K. Burton, N. Cabrera, and F. C. Frank, The Growth of Crystals and the Equilibrium Structure of Their Surfaces, Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences 243, 299 (1951).
  8. A. Pavlovska and D. Nenow, Experimental Study of the Surface Melting of Tetrabrommethane, J. Crystal Growth 39, 346 (1977).
  9. K. A. Jackson and C. E. Miller, Experimental Observation of the Surface Roughening Transition in Vapor Phase Growth, J. Crystal Growth 40, 169 (1977).
  10. B. E. Sundquist, A Direct Determination of the Anisotropy of the Surface Free Energy of Solid Gold, Silver, Copper, Nickel, and Alpha and Gamma Iron, Acta Metallurgica 12, 67 (1964).
  11. H. Muller-Krumbhaar, in: Crystal Growth and Materials, ed. by E. Kaldis and H. J. Scheel, North-Holland, Amsterdam (1977), p. 115.
  12. J. C. Heyraud and J. J. Metois, Growth Shapes of Metallic Crystals and Roughening Transition, J. Crystal Growth 82, 269 (1987).
  13. G. C. Sosso, J. Chen, S. J. Cox, M. Fitzner, P. Pedevilla, A. Zen, and A. Michaelides, Crystal Nucleation in Liquids: Open Questions and Future Challenges in Molecular Dynamics Simulations, Chem. Rev. 116, 7078 (2016).
  14. Y. Shibuta, A Molecular Dynamics Study of Effects of Size and Cooling Rate on the Structure of Molybdenum Nanoparticles, J. Thermal Sci. Technol. 7, 45 (2012).
  15. A. Mahata, M. A. Zaeem, and M. I. Baskes, Understanding Homogeneous Nucleation in Solidification of Aluminum by Molecular Dynamics Simulations, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 26, 025007 (2018).
  16. C. Valeriani, E. Sanz, and D. Frenkel, Rate of Homogeneous Crystal Nucleation in Molten NaCl, J. Chem. Phys. 122, 194501 (2005).
  17. D. Chakraborty and G. N. Patey, How Crystals Nucleate and Grow in Aqueous NaCl Solution, J. Phys. Chem. Lett. 4, 573 (2013).
  18. E. R. Buckle and A. R. J. P. Ubbelohde, Studies on the Freezing of Pure Liquids I. Critical Supercooling in Molten Alkali Halides, Proc. Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences 259, 325 (1960).
  19. G. M. Pound, M. T. Simnad, and L. Yang, Heterogeneous Nucleation of Crystals From Vapor, J. Chem. Phys. 22, 1215 (1954).
  20. J. P. Hirth, On Two Dimensional Nucleation, Acta Met. 7, 755 (1959).
  21. N. Cabrera and W. K. Burton, Crystal Growth and Surface Structure. Part II, Discussions of the Faraday Society 5, 40 (1949).
  22. M. S. Veshchunov, On the Theory of Two-Dimensional Homogeneous Nucleation on Close-Packed Faces of Crystals Growing From Vapour, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 160, 520 (2021) [JETP 133, 449 (2021)].
  23. R. J. Hunter, Introduction to Modern Colloid Science, Oxford University Press (1993).
  24. U. Landman, R. N. Barnett, C. L. Cleveland, and R. H. Rast, Theoretical Considerations of Energetics, Dynamics, and Structure at Interfaces, J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surfaces, and Films 3, 1574 (1985).
  25. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Theoretical Physics. Vol. 10. Physical Kinetics, Elsevier, Amsterdam (1981), Chapter 99.
  26. J. Frenkel, Kinetic Theory of Liquids, Dover Publication, New York (1955).
  27. M. S. Veshchunov, On the Theory of Nucleation of Coherent Inclusions in Irradiated Crystals, J. Nucl. Mater. 599, 155254 (2024).
  28. D. Gebauer, M. Kellermeier, J. D. Gale, L. Bergstrom, and H. Colfen, Pre-Nucleation Clusters as Solute Precursors in Crystallisation, Chemical Society Reviews 43, 2348 (2014).
  29. I. M. Lifshitz and V. V. Slyozov, The Kinetics of Precipitation From Supersaturated Solid Solution, J. Phys. Chem. Solids 19, 35 (1961).
  30. C. Wagner, Theory of Precipitate Change by Redissolution, Z. Electrochem. 65, 581 (1961).
  31. H. Cabane, D. Laporte, and A. Provost, Experimental Investigation of the Kinetics of Ostwald Ripening of Quartz in Silicic Melts, Contributions to Mineralogy and Petrology 142, 361 (2001).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».