
【化】 nucleation process
become; fully grown; succeed
【電】 nuclear process
成核過程(Nucleation Process)指物質從均勻相中形成新相初始核心的物理化學現象,是相變或結晶的初始階段。該概念在材料科學、氣象學、生物礦化等領域具有重要應用價值。根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)的定義,該過程可分為兩類:
均相成核(Homogeneous Nucleation)
在單一純淨介質中自發形成晶核,需要克服較高的能量勢壘。其發生條件由吉布斯自由能公式決定:
$$
Delta G = frac{16pigamma}{3(Delta G_v)}
$$
其中$gamma$為界面能,$Delta G_v$為體積自由能差。該理論最早由Gibbs在1878年提出。
異相成核(Heterogeneous Nucleation)
通過外來表面(如雜質、容器壁)降低活化能,加速晶核形成。實驗表明,在金屬凝固過程中,異相成核所需過冷度僅為均相成核的1/10。
關鍵影響因素包括:
在雲物理中,該過程解釋雨滴形成機制(氣溶膠作為凝結核);生物體内則調控骨骼羟基磷灰石結晶(基質蛋白誘導定向成核)。2019年《自然》期刊研究證實,納米級界面曲率會顯著改變成核動力學路徑。
成核過程是物質相變或結晶的初始階段,指從無序狀态中形成有序晶核的過程。以下是詳細解釋:
成核過程是物質相變(如液态→固态、氣态→液态)或結晶的初始步驟,表現為溶質分子聚集形成穩定的晶核,為後續晶體生長提供基礎。例如,雲層中水滴形成、溶液中晶體析出均需經曆成核階段。
根據發生條件可分為兩類:
如需更深入的理論推導或具體案例,可參考礦物學教材或相變研究文獻(來源:)。
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