Túlhűtött folyadékokban fellépő kristálycsíra-képződés fázismező elméleti modellezése
 

Gránásy László,a,b Tóth Gyula I.,c James A. Warren,d Podmaniczky Frigyes,a Tegze György,a Rátkai László,a Pusztai Tamás a

A rangos Progress in Materials Science folyóirat (impact factor 23.725) közelmúltban megjelent cikkében a Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói, az angliai Loughborough University és az amerikai National Institute of Standards and Technology munkatársaival áttekintették, miképp járultak hozzá a fázismező elméleti vizsgálatok a túlhűtött folyadékokban történő kristálycsíra-képződés megértéséhez. A kristály nukleáció, azaz a növekedésre képes kristálymagok képződése véletlen fluktuációkkal, fontos szerepet játszik számos tudományterületen, mint pl. az anyagtudomány, fizikai kémia, kriobiológia, légkörtudományok, geofizika, stb. Az összefoglalóban a molekuláris- és mezoskálájú modellek ismertetése mellett a jelenségek széles köre kerül tárgyalásra, köztük a kristályos rendeződés állomásai, a kristálycsíra képződés eutektikus és fáziszeparáló rendszerekben, fázisszelekció egymással versengő nukleációs folyamatokon során, növekedési front menti nukleáció (új orientációk megjelenése a növekedési frontnál), ami a kristálykévék és polikristályos szferolitok létrejöttének a kulcsa, és végül az átmenet a növekedés-vezérelt oszlopos, valamint a kristálycsíra-képződés vezérelt ún. ekviaxiális szerkezetek közt. Néhány érdekesebb eset látható az alábbi számítógépes animációkon (1 – 3 ábrák).

a1   1b

               1a                                                                            1b

1. ábra: Al-Ti ötvözetekben létrejövő mikroszerkezetek modellezése mezoskálájú fázismező elméletben. (a) Oszlopos, (b) ekviaxiális szerkezet.

2a
2a

 2b    2c

2b                                                                                       2c
2. ábra: Heterogén nukleáció a mezoskálájú fázismező elméletben olyan határfeltételek mellett, melyek (a) 30, (b) 90, és (c) 120 fokos kontktszöget biztosítanak a szilárd-folyadék-idegen fal hármas találkozópontban. A kristályosodásnál felszabaduló hő a szimulációs cellában marad.


3
3. ábra:  A kétlépcsős kristálycsíra képződés szerkezti vizsgálata a molekuláris fázismező elméletben. A fehér, vörös, és zöld színek rendre az amorf lokális környezetet, a középtávú kristályszerű rendet, ill. a tércentrált köbös kristályszerkezetet jelölik. 


a Wigner Research Centre for Physics, P.O. Box 49, H-1525 Budapest, Hungary
b Brunel Centre of Advanced Solidification Technology, Brunel University, Uxbridge, Middlesex UB8 3PH, UK
c Department of Mathematical Sciences, Loughborough University, Loughborough, Leicestershire LE11 3TU, UK
d National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland 20899, USA

Link az eredeti cikkre: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642519300453

A publikáció a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal "Élvonal" kiválósági programjának támogatásával készült.