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1、一、簡(jiǎn)述不同體系的相變驅(qū)動(dòng)力一、簡(jiǎn)述不同體系的相變驅(qū)動(dòng)力答：在汽相生長(zhǎng)系統(tǒng)中的過飽合蒸汽、熔體生長(zhǎng)系統(tǒng)中的過冷熔體以及溶液生長(zhǎng)系統(tǒng)中的過飽合溶液都是亞穩(wěn)相，而這些系統(tǒng)中的晶體是穩(wěn)定相。亞穩(wěn)相的吉布斯自由能較穩(wěn)定相高，是亞穩(wěn)相能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相的原因，也就是促使這種轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動(dòng)力存在的原因。晶體生長(zhǎng)過程實(shí)際上是晶體－流體界面向流體中的推移過程。如果晶體－流體的界面面積為Ａ，垂直于界面的位移為這個(gè)過程中系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低為，界面x?G

2、?上單位面積的驅(qū)動(dòng)力為，于是上述過程中驅(qū)動(dòng)力所作之功為。驅(qū)動(dòng)力所作之功fxAf???等于系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低，即，故有其中，GxfA????vGf????xAv????是上述過程中生長(zhǎng)的晶體體積。生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力在數(shù)值上等于生長(zhǎng)單位體積的晶體所引起的系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低。負(fù)號(hào)表示界面向流體中位移引起系統(tǒng)自由能降低。若單個(gè)原子由亞穩(wěn)流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w所引起吉布斯自由能的降低為，單個(gè)原子的體g?積為，單位體積中的原子數(shù)為，故有：，，所以?Ng

3、NG???????Nv。若流體為亞穩(wěn)相，則表明指向流體，故為生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。??gf??0?g?0?fff若晶體為亞穩(wěn)相，則，指向晶體，故為熔化升華或溶解驅(qū)動(dòng)力。由于0?g?0?ff和只相差一個(gè)常數(shù)，因而也稱為相變驅(qū)動(dòng)力。g?fg?熔體生長(zhǎng)系統(tǒng)熔體生長(zhǎng)系統(tǒng)：結(jié)晶物質(zhì)在熔點(diǎn)溫度時(shí)，熔體與晶體兩相呈熱力學(xué)平衡狀態(tài)，吉布斯自由能相mTG等：，兩相間無相變驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)吉布斯自由能的定義：)()(mcmmTGTG??？傻茫?，（為相變潛熱）TSHG??

4、0???STHGmm???mmLSTH?????mL在熔體發(fā)生向晶體的相轉(zhuǎn)變過程中，熔體必須具有一定的過冷度，為TTTm???T熔體的實(shí)際溫度，這時(shí)熔體處于亞穩(wěn)狀態(tài)，兩相自由能不等，存在相變驅(qū)動(dòng)力。mmmmmmcLTTSTSTSTHSTTHTGTGG??????????????????????)()()(所以有：過冷度時(shí)，，熔體發(fā)生到晶體的相變。0?T?000?????fgG??稀溶液生長(zhǎng)系統(tǒng)：稀溶液生長(zhǎng)系統(tǒng)：在溶液和晶體兩相平衡體系中

5、，溶液的飽和濃度為。在同溫等壓條件下，當(dāng)溶液的0x濃度時(shí)，則為過飽和溶液的濃度，此時(shí)溶液處于亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)晶體處于亞穩(wěn)態(tài)的ssxx0?sx溶液中時(shí)，晶體就長(zhǎng)生。平衡時(shí)，sxRTTGTG00ln)()(??體縮小則ΔG減小，故亞穩(wěn)流體相中半徑小于r的晶體不僅不能存在，而且如果存在了也將自動(dòng)消失。當(dāng)rr時(shí)，隨著晶體長(zhǎng)大，ΔG減小，故半徑大于r的晶體都能自發(fā)地長(zhǎng)大。三、簡(jiǎn)述非均勻成核的機(jī)制及其影響因素。三、簡(jiǎn)述非均勻成核的機(jī)制及其影響因素。在外來

6、固體表面上成核是非均勻成核。在基底表面上成核幾率比在體系中的自由空間的成核幾率來的大，基底表面對(duì)成核起到了催化作用。在基底表面上成核，常把基底作為一平面，并將晶核形狀作為球冠狀，它的表面與基底表面形成浸潤(rùn)角θ，如圖為晶核與流體介質(zhì)相間的比表面能，為基底與流體介質(zhì)相間的比表面能，為mn?ms?sn?晶核與基底間的比表面能，r為球冠狀晶核的曲率半徑。由圖可知，球冠狀晶核的界面能必須滿足力學(xué)平衡的條件，即：snsmmn??????cosmns

7、nsm??????cos當(dāng)球冠狀晶核在基底上形成后，體系的吉布斯自由能的變化為，此即為球冠狀晶核的形成功。4)cos1)(cos2](434[)(223????????????mnvrgrrG將此式對(duì)r求微商，并令0)(???rrG則可求得球冠狀晶核的臨界曲率半徑vmncgr???2??把臨界曲率半徑帶入到吉布斯自由能表達(dá)式中可求得形成臨界晶核所需要的形成功)(3164coscos323164)cos1)(cos2(316)(23232

8、322232??????????????????fgggrGvmnvmnvmncc??????????在相同相變驅(qū)動(dòng)力的條件下，對(duì)于在自由空間所產(chǎn)生的球狀晶核和在外來基底平面上所產(chǎn)生的晶核相比，兩者的臨界晶核半徑的大小應(yīng)該是一樣的。當(dāng)球狀晶核形成時(shí)，該體系cr中的吉布斯自由能的變化，亦即臨界晶核的形成功為232316vmncgG??????因此可以得到)()(???fGrGccc?當(dāng)，cosθ＝－1時(shí)，，流體介質(zhì)與基底介質(zhì)是完全不浸潤(rùn)的