جوانه‌زنی

جوانه‌زنی ناهمگن حباب‌های دی‌اکسید کربن بر روی سطح مشترک انگشت و فاز مایع

جوانه‌زنی (به انگلیسی: Nucleation)‏ اولین مرحلهٔ استحاله‌های فازی مرتبه اول است. این مرحله شامل تشکیل خودبه‌خودی نطفه‌های فاز ثانویه است که توسط مرز فازی از فاز مادر جدا شده‌است.

انرژی آزاد گیبس

انرژی بین‌سطحی همواره در راستای ناپایدار سازی جوانه‌ها عمل می‌کند. بنابراین مقداری فوق‌سرمایش برای آغاز استحاله مورد نیاز است. اما با رشد جوانه‌ها انرژی آزاد گیبس واکنش به دلیل فاز ثانویه کاهش می‌یابد. جوانه‌زنی فاز جامد از فاز جامد مادر معمولاً با مقداری انرژی کرنش الاستیک همراه است که با اختلاف حجم‌ویژهٔ فاز مادر و فاز ثانویه مرتبط است. تغییرات انرژی آزاد جوانه‌زنی فاز $\beta$ از فاز مادر $\alpha$ در حالت کلی بصورت زیر بیان می‌شود:

$\Delta G_t = V_\beta \Delta G_{v}^{\alpha \beta} + A_\beta \sigma + V_\beta \Delta G_{v}^{F}$

که در آن $\Delta G_t$ تغییرات انرژی آزاد گیبس کل، $V_\beta$ حجم فاز جدید، $\Delta G_{v}^{\alpha \beta}$ تغییرات انرژی آزاد تشکیل واحد حجم فاز ثانویه، $A_\beta$ سطح مشترک جوانه و فاز مادر، $\sigma$ انرژی ویژه سطح مشترک جوانه و فاز مادر و $\Delta G_{v}^{F}$ افزایش انرژی کرنشی در واحد حجم رسوب است.

نظریه‌های کلاسیک

• تئوری بکر-دورینگ
• تئوری ولمر-وبر
• تئوری فارکاس
• تئوری استرانسکی-کایشف
• تئوری استرانسکی-کراستانوف
• تئوری فرنکل
• تئوری تورن‌بول-فیشر
• تئوری ریس

منابع

• "Nucleation" in Vladimir Yu. Novikov, Concise Dictionary of Materials Science - Structure and Characterization of Polycrystalline Materials, CRC Press LLC, 2003. ISBN 0-8493-0970-0
• "Nucleation-and-growth transformations" in Robert W. Cahn, Peter Haasen (Eds.), Physical Metallurgy, Vol. 2, Elsevier Science B.V. The Netherlands, 1996. ISBN 0-444-89875-1

جستارهای وابسته

• جوانه‌زنی همگن
• جوانه‌زنی ناهمگن
• جوانه بحرانی