Numerical model of solid phase transformations governed by nucleation and growth. Microstructure development during isothermal crystallization
本文提出了一个简单的数值模型，计算了随机分布形核和各向同性生长的结晶动力学。该模型可以应用于不同的热历史，没有限制的时间和温度的成核和生长速率的依赖关系。我们还开发了一种算法，评估相应的新兴的粒度分布。该算法易于实现，特别灵活，使其能够模拟几个实验条件。它的简单性和最低的计算机要求允许高精度的二维和三维生长模拟。该算法被应用于探索几个形核制度的等温处理过程中的晶粒形态发展。特别是，热成核，预先存在的核和这两种成核机制的组合进行了分析。对于前两种情况，得到了普遍的晶粒尺寸分布。该模型的高精度是从它的分析预测比较。最后，Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami模型的有效性进行了验证的所有情况下研究。
2008-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing kinetic pathways of homogeneous nucleation in colloidal crystallization
当系统经历从液相到固相的转变时，它在达到最终状态之前通过多个中间结构。然而，我们对这一过程的确切途径的了解是有限的，主要是由于难以实现直接观察。在这里，我们实验研究的对称性和密度的各种胶体系统在液体到固体的相变的演变，并可视化动力学途径与单粒子分辨率。我们观察到形成的相对有序的前体结构具有不同的对称性，然后转换成亚稳固体。在这个转换过程中，两个主要的交叉对称路径总是发生，无论最终状态和相互作用势。此外，我们发现了一个广泛的解耦的密度变化和对称性的发展，并发现，成核很少从致密区域开始。这些发现适用于我们所有的样品，表明有可能找到一个统一的图片在胶体系统中的复杂的结晶动力学。
2014-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interplay of structural and dynamical heterogeneity in the nucleation mechanism in Ni
获得对金属合金中晶体成核过程的基本理解对于开发和设计具有目标特性的高性能材料至关重要。然而，结晶是一个复杂的非平衡过程，尽管已经研究了几十年，但迄今为止，控制材料结晶机制的微观方面仍然难以捉摸。最近的证据表明，在过冷液体的空间不均匀性，其特征在于具有独特的流动性和秩序的扩展区域，可能是一个关键的微观因素，决定晶体成核的机制。这些发现推进了我们对结晶的基本性质的看法，因为大多数研究都假设晶体团簇在“均匀”液体中从随机波动中成核。在这里，通过分析过渡路径采样轨迹，我们表明，动力学的不均匀性起着关键的作用，在金属元素，镍晶体成核的机制。我们的研究结果表明，结晶优先发生在过冷液体中的低流动性的区域，证明在Ni晶体成核的集体动力学性质。此外，我们的研究结果表明，低流动性区域形成之前，空间上与作为前驱体的晶体相，随后出现的预定域重叠。我们的研究结果表明，在过冷液体的动力学和结构的异质性及其对成核机制的影响之间有着明确的联系，揭示了微观描述符，可以铺平一条新的途径来控制金属结晶过程。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Nucleation and growth of germanium islands during layer exchange metal-induced crystallization
最近，非晶锗薄膜的铝诱导层交换结晶得到了证实，并提供了一个合适的系统来表征、建模和控制非晶衬底上的锗晶体生长。直接观察Ge转移到Al的表面通过插入的GeOx界面层允许独立测量的密度和平均面积的结晶Ge岛上形成的表面上。基于这些实验观察，Johnson-Mehl-Avrami-Kologoromov相变理论扩展到模型纳米级的成核和生长的Ge岛在两个维度。随着时间的增加，Ge岛的生长机制从原子附着限制转变为表面扩散限制。这些制度之间的过渡点取决于Ge成核位点密度和退火温度。最后，我们表明，局部偏置电压应力的界面层控制的面密度的成核锗岛的膜表面上。
2010-10-08 cond-mat.mtrl-sci
A simple model for predicting crystallization and melting temperatures, and its implications for phase transitions in confined volumes
我们提出了一个简单的统一模型的结晶和熔化温度，通过显示均匀的成核和相变驱动增厚预先存在的表面层的限制条件的更一般的异相成核的情况下。此外，在一级近似下，所有这些过程都可以用扩展的经典成核理论来描述。该模型也可以适用于相变温度在有限的体积，提供可靠的值的系统内的界面张力是可确定的。然后可以预测任何转化途径的预期熔融和结晶温度。
2007-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Remarkable nuances of crystallization: From ordinary crystal nucleation to rival mechanisms of crystallite coalescence
过冷体系中晶体的生长和合并过程强烈地依赖于结晶中心的浓度。我们进行原子动力学模拟的结晶过程中的金属薄膜在不同的过冷度对应的过冷液体和非晶态固体状态。标度关系被应用于识别随时间变化的晶核浓度的特征制度：稳态成核制度，饱和制度和合并制度。我们表明，在饱和制度的晶体生长出现由于混合成核和合并过程。我们发现，晶粒聚结实现主要是通过重组/吸收的晶核的机制，而定向附着的机制只表现在低水平的过冷。
2019-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Peaked bulk crystal nucleation in charged sphere melts from salt concentration dependent crystallization experiments at very low metastability
我们确定了散装晶体成核率在低亚稳带电球的水悬浮液。实验进行依赖于电解质浓度和两个不同的粒子数密度。随时间变化的成核速率显示出明显的初始峰值，而凝固后的晶体尺寸分布偏向于更大的晶粒尺寸。在每个浓度下，成核速率密度最初随盐浓度的增加而呈指数下降。然而，完整的数据集，显示出一个意想不到的缩放的成核速率密度与亚稳态倍的粒子数密度。用经典成核理论对结果进行参数化处理，发现核表面和成核势垒的界面自由能非常低，远低于热能。我们尝试性地将我们的观察结果归因于由所采用的条件化技术引入并充当成核种子的双重态的存在。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Controlling crystallization: What liquid structure and dynamics reveal about crystal nucleation mechanisms
本文从分子模拟视角综述了过冷液体中前驱体结构、动力学及液体异质性对晶体成核和多晶型选择的关键作用，并探讨了利用模板和成核剂控制结晶过程的潜力。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Crystallization of GeO2 thin films into alpha-quartz: from spherulites to single crystals
压电石英SiO2晶体作为振荡器广泛应用于工业中。石英及其相关的硅酸盐矿物作为一种天然矿物，也是地学和矿物学研究的热点。然而，石英晶体的成核和生长很难控制，也没有完全了解。在这里，我们报告了成功的固态晶化薄膜的非晶GeO 2到石英的各种基板上，包括Al 2 O 3，MgAl 2 O 4，MgO，LaAl O 3和SrTiO 3。在相对较低的退火温度下，结晶过程是球晶：纤维从成核中心径向生长，晶格沿生长方向旋转，旋转角度与到核心的距离之间呈线性关系。对于越来越高的退火温度，石英晶体开始形成。样品的边缘起着重要的作用，促进成核，然后向内生长，直到整个薄膜结晶。控制生长允许合成单晶石英。我们的研究揭示了石英成核和生长过程的复杂性，并为进一步的研究提供了见解。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of metallic glass as a grain-boundary nucleated process: experimental and theoretical evidence for the grain structure of metallic glasses
本文通过DSC和Avrami曲线实验证明金属玻璃在晶界形核并具有晶粒结构，反驳了其均匀冻结液体的传统观点，并通过解析模型阐明了双峰和三步特征的成因。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theory of Crystallization versus Vitrification
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出Arrow-Potts模型结合统一理论，解释玻璃材料中结晶与玻璃化竞争导致的非单调TTT图，并通过普适指数公式准确预测结晶时间尺度。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Observing Nucleation and Crystallization of Rocksalt LiF from Molten State through Molecular Dynamics Simulations with Refined Machine-Learned Force Field
针对建模与实验中LiF物相的矛盾，本研究通过改进MLFF的MD模拟证明约800 K以下熔融相可结晶为岩盐型LiF，揭示色散相互作用和维里应力对MLFF准确模拟LiF成核结晶的关键作用。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Hard Spheres: Crystallization and Glass Formation
出于对胶体悬浮液的旧实验，我们报告分子动力学模拟的硬球，解决结晶和玻璃形成的组件。模拟涵盖了宽范围的多分散性（粒度分布的标准偏差除以其平均值）和颗粒浓度。对于s > 0.07，未观察到结晶。对于0.02 < s < 0.07，我们发现在给定浓度下增加多分散性减缓晶体成核。这里的主要效果是多分散性降低过饱和度，因为它倾向于稳定流体但使晶体不稳定。在给定的多分散性下（< 0.07）我们发现了三种成核机制：在共存区和稍高于共存区的浓度下的标准成核和生长;在中等浓度下的“旋节成核”，其中成核的自由能垒似乎可以忽略;并且，在最高浓度下，一种新的机制仍有待完全理解，其仅需要颗粒位置的小的重新排列。第二和第三制度之间的交叉发生在约58体积%的浓度下，其中胶体实验显示所形成的晶体的性质发生显著变化，并且颗粒动力学表明“理想的”玻璃化转变。
2009-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Preferential Composition during Nucleation and Growth in Multi-Principal Elements Alloys
本文通过分子动力学模拟五元等原子比 CoCrCuFeNi 合金的结晶，发现内能驱动的择优成分分布使晶核富集 Fe 和 Co，并导致纳米尺度短程有序与成分梯度。
2023-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Experimental studies of crystal nucleation: metals and colloids
结晶是最重要的一级相变之一。在金属和合金的情况下，液相是材料生产的母相。结晶过程的条件控制了凝固材料的化学和物理性质。成核引发液体的结晶。它选择晶相，稳定或亚稳定。因此，它的详细知识对于材料设计是强制性的。本文介绍了金属和合金形核研究的无容器处理技术。我们证明了这些方法的稳定固体的晶体成核的权力，但特别是在极端过冷度的亚稳固体的晶体成核的调查。这涉及到异质成核与同质成核以及非平衡条件的问题。在经典成核理论下对实验结果进行了分析，均质成核的活化能取决于界面能和固液吉布斯自由能之差。界面能是成核过程的势垒。在金属的情况下，它的实验测定是困难的。因此，在这项工作的第二部分中，我们将探讨使用胶体悬浮液作为结晶过程的模型。通过光学技术和利用高强度同步辐射的超小角X射线衍射原位观察了它们的成核过程。它允许一个明确的歧视均匀和非均匀的成核以及确定的固液界面的界面自由能。我们的研究结果被用来构建特恩布尔图的胶体，这是讨论有关的特恩布尔图的金属和支持的假设，胶体是有用的模型系统来调查晶体成核。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Cell size distribution in a random tessellation of space governed by the Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami model: Grain size distribution in crystallization
由随机成核和生长过程引起的细胞中的空间细分是许多科学领域感兴趣的主题。在本文中，我们推导出这些分布的期望值和方差，而假设的空间细分过程是符合的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami模型的前提。我们没有对成核和生长速率的时间依赖性施加限制。我们还开发了一个近似的分析细胞大小的概率密度函数。最后，我们已经将我们的方法应用于等时加热条件下固相结晶的分布。
2008-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous to Crystalline Transformation: How Cluster Aggregation Drives the Multistep Nucleation of ZIF-8
本研究结合谐波光散射与 NMR 波谱，揭示 ZIF-8 经带电 PNCs 聚集、释放配体质子形成中性 APPs 并入单体后结晶的多步成核机制。
2025-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamic theory of freezing: Nucleation and polycrystalline growth
本文利用最近提出的非线性流体动力学结晶理论[G。I. Toth等人，J.物理学：康登斯Matter 26，055001（2014）]，其基于将波动流体力学与相场晶体理论相结合。我们表明，在这种流体动力学的方法不仅是同质和异质的成核过程是可访问的，而且生长前沿成核，这导致形成新的（不同取向的）晶粒在固体-液体前在高度过冷系统。位错的形成在固-液界面和密度波的干涉前面的结晶负责的生长前沿，导致球晶状纳米结构的新的取向的外观。
2017-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Control of nucleation and crystal growth of a silicate apatitic phase in a glassy matrix
研究了Si-B-Al-Zr-Nd-Ca-Na-O系统氧化物玻璃中晶体的形核与生长。通过热分析和等温实验监测了成核和生长过程。对于Ca样品，在本体中结晶是均匀的，显示出随着温度的升高结晶度缓慢增加。另一方面，富Na样品在本体中或从表面经历几个结晶过程，导致更大的晶体。当结晶活化能很小时，粘流活化能与玻璃化转变活化能在同一个数量级上。元素的早期扩散是以不同于液态构型重排的机制进行的。富钙基质中晶体的整体密度和小形状证实了它将是次要锕系元素的有利废物形式。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Ordering and Crystal Nucleation at the Liquid Surface: A Comparison of $\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$ and $\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$ Alloys
研究了汽液界面对过冷金属合金晶化动力学的影响。虽然良好的玻璃形成剂$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$没有显示出结晶的表面增强的证据，但由于在自由液体表面处的非均质成核，$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$显示出增加的结晶速率。在界面处的组成波动的差异提出了两种合金之间的区别的解释。具体而言，我们观察到的$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$的表面的组成顺序，而$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$合金只表现出扩散吸附的Cu在界面处。我们认为，在平面表面的组合物结晶性的一般差异是一个重要的因素，在理解这两种合金的玻璃形成能力的差异。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Non-clasical Nucleation in Supercooled Nickel
采用分子动力学和改进的嵌入原子势方法研究了过冷熔体中结晶镍在快淬过程中的均匀形核和生长动力学。利用共近邻分析和可视化技术研究了晶化转变临界核的特征。在成核鞍点液滴由随机堆叠的平面结构与平面三角形秩序。这些结果是一致的与以前的理论结果，预测在某些金属的成核过程是非经典的，由于存在的长程力和旋节线。
2003-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Biomolecular crystallization in microfluidic devices
Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM), Aix-Marseille Université（马赛跨学科纳米科学中心，艾克斯-马赛大学）
本文介绍了微流控器件在生物分子结晶中的应用，包括晶体尺寸控制、热力学和动力学数据收集，以及基于液滴的微流控技术在成核动力学和界面能测定中的作用。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Chemistry of Spinel Ferrite Nanoparticle Nucleation, Crystallization, and Growth
该研究采用原位TS/PDF与PXRD/Rietveld揭示四种尖晶石铁氧体的共同成核路径及依赖金属组成的结晶生长差异。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of Lennard-Jones nanodroplets: from near melting to deeply supercooled
我们进行了分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）模拟，以表征在很宽的温度范围内的600 Lennard-Jones粒子的液体团簇的成核。我们使用的平均首次通过时间的形式主义，以确定的速率，并发现经典成核理论（CNT）预测的速率相当不错，即使采用简单的建模的微晶形状，化学势，表面张力和颗粒附着率，下降到液滴失去亚稳性和结晶的温度进行通过生长限制成核在不平衡的液体。低于该交叉温度，当MC模拟用于直接计算CNT所需的量时，仍然预测成核速率。从MD和MC获得的临界胚胎大小的差异出现时，孪生结构与五重对称性提供了一个竞争的自由能途径的临界区域。我们发现，结晶开始于hcp-fcc堆叠的前临界核，当这些胚成为临界时，发生向各种末端结构的分化。我们确认，使用系统中最大的胚胎作为反应坐标是有用的，在确定生长限制成核的发病，并表明它给出了相同的自由能垒作为完整的集群大小分布，一旦确定了适当的参考状态。我们发现，批量熔化温度控制的速率，即使液滴的固-液共存温度是显着较低。的表面张力，使CNT和直接速率测定之间的密切协议的值显着低于预期的散装系统。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystal nucleation and cluster-growth kinetics in a model glass under shear
采用非平衡分子动力学模拟研究了在一定温度范围内，外加剪切应变诱导的模型金属玻璃晶体成核和生长过程。我们观察到，成核生长过程发生后，一个短暂的，诱导制度。从平均首次通过时间分析确定与此诱导期相关的临界簇大小和滞后时间。描述团簇生长过程的法律作为温度和应变速率的函数进行了研究。的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami方案的框架内开发的结晶动力学，包括成核和簇生长的时间依赖性的理论模型，并与分子动力学数据进行比较。团簇生长规律和结晶动力学的缩放也提出和测试。观察到的形核率被发现显示非单调应变率依赖性。
2010-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium grain size distribution with generalized growth and nucleation rates
我们确定在固定的热力学条件下，在$d$尺寸的固体结晶过程中的非平衡晶粒尺寸分布，随机成核和生长模型，并在没有晶粒合并。两个不同的概括的理论建立较早被认为是。一个封闭的解析表达式的晶粒尺寸分布的实验研究是有用的各向异性生长速率。与各向同性增长情况的主要区别是在分布中出现了一个恒定的前因子。第二个推广考虑高斯源项：当核的体积在由结晶过程的热力学确定的有限范围内时，核是稳定的。数值结果表明，这种推广并没有改变我们以前的研究定性的图片。概括只影响定量的结晶的早期阶段，当成核是占主导地位的。这些主要概括的显著结果是，非平衡晶粒尺寸分布对晶粒的各向异性生长和核尺寸的波动是鲁棒的。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Abrupt crystallization from shock-compressed CaSiO3 glass
Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪大学研究生院工学研究科）；School of Science, Wuhan University of Technology（武汉理工大学理学院）；Institute of Laser Engineering, The University of Osaka（大阪大学激光工程研究所）；Nevada Extreme Conditions Laboratory, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校极端条件实验室）；RIKEN SPring-8 Center（理化学研究所SPring-8中心）；Graduate School of Science, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学理学研究科）
研究通过100GPa下原位时间分辨X射线衍射，发现CaSiO3玻璃在极端压力下快速结晶，核化时间1.69±0.10ns，最终晶粒尺寸约20nm，表明扩散控制转变，同时释放波可能影响核化过程。
2026-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization: Colloidal suspense
根据经典的成核理论，晶体是从一个已经具有其终相对称性的小核中生长出来的，但胶体实验现在表明，从无定形前体中，可以发展出具有不同结构的微晶。
2014-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Formation of porous crystals via viscoelastic phase separation
胶体悬浮液的粘弹性相分离可以通过玻璃化转变或结晶而中断以形成凝胶。与一个新的共聚焦显微镜协议，我们遵循整个动力学的相分离，从均匀相不同的逮捕状态。在实验中，我们的结果首次揭示了一种新的结晶途径海绵状多孔晶体结构。在早期阶段，我们表明，成核需要一个结构重组的液相，称为应力驱动的老化。一旦成核开始，我们观察到结晶遵循三种不同的路线：液相直接结晶，Bergeron过程，和Ostwald熟化。成核在重组网络内部开始，但晶体通过气相在其表面上的直接冷凝而生长，驱动液体蒸发，并产生不同于原始相分离模式的网络结构。我们认为，类似的晶体凝胶状态可以形成在单原子和分子系统中，如果液相是足够慢，以诱导粘弹性相分离，但足够快，以防止立即玻璃化。这提供了一种新的途径来形成金属和半导体的纳米多孔晶体而不脱合金，这对于催化、光学、传感和过滤应用可能是重要的。
2018-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscale computational study of the nano-crystallization of amorphous Ge via a self-consistent atomistic - phase field coupling
锗是许多相变材料中的基本元素，即可以在其结晶相和非晶相之间进行可逆转变的系统。它们被广泛用于当前的数字电子产品中，并为下一代非易失性存储器设备带来了巨大的希望。然而，这些应用所需的超快相变可能是非常复杂的，即使是单组分系统，这些现象的物理理解仍然缺乏。在本文中，我们研究了在高温下从非晶薄膜结晶Ge的成核和生长相场模型通知的基本材料性质的原子计算。的原子计算捕获的Ge晶格的各向异性，这导致在界面能和迁移率的取向依赖性的全部。这些取向关系，然后准确地恢复相场模型在有限厚度通过一种新的参数化策略的基础上的不变性解决方案的Allen-Cahn方程。通过这种多尺度方法，我们研究了成核和生长之间的相互作用，发现结晶Ge晶粒的平均半径和成核速率之间的关系遵循简单的Avrami型标度律。我们认为，这些可以用来覆盖一个广泛的区域的成核率空间，从而方便与实验比较。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Silicon liquid structure and crystal nucleation from ab-initio deep Metadynamics
研究硅的结晶过程是一项具有挑战性的任务，因为经验势不能很好地再现半导体固体和金属液体的性质。另一方面，成核是一个罕见的事件，发生在更长的时间尺度比那些可实现的从头算分子动力学。为了解决这个问题，我们训练了一个深度神经网络势，它基于一组使用经典势的Metadomics模拟生成的数据。我们展示了这是如何有效地收集感兴趣的过程的所有相关数据的方法。为了有效地驱动结晶过程，我们引入了一个新的集体变量的基础上德拜结构因子。我们能够编码的长程序信息在一个局部变量，这是更适合描述的成核动力学。然后使用SCAN交换相关泛函计算参考能量，这能够更好地描述Si相图的成键复杂性。最后，我们恢复了自由能面与DFT精度，我们计算的热力学性质附近的熔点，获得了良好的协议与实验数据。此外，我们还研究了结晶过程的早期阶段，揭示了成核机制的特点。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Super nucleation and orientation of poly (butylene terephthalate) crystals in nanocomposites containing highly reduced graphene oxide
在还原氧化石墨烯（RGO）的存在下，通过开环聚合将环状对苯二甲酸丁二醇酯聚合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（pCBT），是制备聚合物纳米复合材料的有效方法。包含RGO纳米片显著影响pCBT的结晶，使结晶峰温度向更高的温度移动，并且总体上增加结晶速率。这是由于由RGO引起的超级成核效应，其通过高度还原的氧化石墨烯而最大化。此外，通过差示扫描量热法（DSC）实验和广角X射线衍射（WAXS）的组合分析显示形成了厚的α-结晶形式pCBT薄片，其熔点为约250 °C，接近pCBT的平衡熔融温度。WAXS还证明了pCBT晶体与RGO纳米片的成对取向，表明pCBT和RGO平面的芳环之间存在强的界面相互作用，特别是与高度还原的氧化石墨烯。聚合物在RGO纳米片上的这种表面自组织可以用于增强其聚合物纳米复合材料中的界面性质。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Unified scaling law for rate factor of crystallization kinetics
结晶动力学的特征直接定义速率特性：晶体成核速率、晶体生长速率和所谓的动力学速率因子，也称为（颗粒到晶核表面的）附着速率。我们表明，动力学速率因子作为功能的约化温度遵循统一的缩放幂律。这种情况下，证实了我们的模拟结果模型原子系统（结晶体积的液体和液体薄膜）和结晶聚合物的实验数据。我们发现，这个统一的标度律的指数与系统的玻璃形成能力的措施。本研究结果扩展了用标度关系统一描述晶体成核和生长动力学速率特性的思想。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Change in the Crystallization Features of Supercooled Liquid Metal with an Increase in the Supercooling Level
在模型液体中考虑了均质晶体成核过程，其中颗粒间相互作用用短程球面振荡势描述。已经确定了在各种过冷水平下，包括对应于非晶态的那些水平下，在液体中启动结构有序化的机制。对形成的晶粒的大小和形状进行了统计估计。结果表明，在整个考虑的温度范围内发生的成核机制。系统在低过冷度下的结晶通过单核方案发生。在高过冷水平下形成的高浓度晶核（即，在与玻璃化转变温度相当或低于玻璃化转变温度$T_g$的温度下）产生支化结构存在的假象，这有时被错误地解释为相分离的特征。晶粒的最大浓度的温度依赖性演示了两个制度之间的过渡发生在一个温度相当于玻璃化转变温度$T_g$。
2018-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Crystallization of Supercooled Liquid Elements Induced by Superclusters Containing Magic Atom Numbers
一些实验已经检测到二十面体超团簇在过冷液体中的存在，证实了Franck提出的这种实体可能是均匀成核的。这些超团簇在高于晶体熔化温度Tm的熔体中存活，因为它们所有的表面原子具有与它们的核心原子相同的熔化热，并且通过它们的核心中的液体的均匀成核而熔化，这取决于过热时间和温度。与目前的想法完全相反，需要很长的时间来熔化它们并在Tm以上达到热力学平衡。当它们未熔化时，它们在过冷熔体的温度Tc下充当结晶相的异质生长核。它们有助于降低临界势垒，临界势垒变得比含有相同原子数n的晶体更小。过冷率总是有限的，即使在热力学平衡的液体中，因为13个原子的超团簇的均匀成核降低了能垒，并增加了Tc以上的均匀成核温度等于Tm/3的液体元素。弱过热后，最稳定的超团簇包含n = 13，55，147，309和561的原子生存或熔化，并确定在过冷，这取决于n和样品体积的Tc。在没有任何可调参数的情况下，使用变化近18个数量级的样品体积，预测了32个液体元素的实验成核温度Tc和超团簇的熔化温度。经典的吉布斯自由能变化被使用，增加了与超团簇形成相关的拉普拉斯压力变化相关的焓节省，这是量化的，并且对于n = 13和55强烈减弱。
2014-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation during nonequilibrium crystallization by classical-density-functional-based approach
非平衡结晶过程中的凝固形态是自然界和技术领域中最重要的微观结构之一。相场晶体（PFC）模型可以在原子尺度上模拟平衡结晶过程中的斑图形成，但由于缺乏合适的弹性弛豫时间尺度，不能很好地描述非平衡结晶过程。在这项工作中，我们提出了一个最小的经典密度泛函理论为基础的模型，晶体生长在过冷液体。生长前沿形核（GFN）和各种非平衡模式，包括小面生长，球晶，枝晶和柱状等轴转变（CET）等，在原子尺度上掌握。令人惊讶的是，除了过冷度和种子间距，种子分布是决定CET的关键因素。总体而言，两阶段的增长过程，即，扩散控制的生长和GFN主导的生长。但是，与第二阶段相比，第一阶段变得太短，在高过冷度下被注意到。第二阶段的显著特征是位错的急剧增加，这解释了过冷液体中的非晶形核前驱体。研究了不同过冷度下两个阶段之间的过渡时间。体心立方结构的晶体生长进一步证实了我们的结论。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of Al Nanocrystals in Solute-Substituted Al Metallic Glasses I: Structural characterization
高Al含量金属玻璃中的一次晶化是由内部结构类似于面心立方Al的纳米尺度区域驱动的。通过比较涨落电子显微镜（FEM）数据和FEM模拟的面心立方Al团簇在致密随机堆积基质中的分布，提取Al 88 Y 7 Fe 5基础玻璃和Al含量为1 at.%的玻璃中有序区域的直径和体积分数Cu替代Y或Al。纳米晶体的尺寸和密度作为等温退火时间的函数，对于相同的合金进行测量。在等温退火条件下，晶相的体积分数增加，相变不是单纯的晶粒粗化，而是晶相的体积分数低于淬火态样品中有序区的体积分数，因此并非所有有序区都起到晶核的作用。合金化有序区域的直径和体积分数的变化与结晶温度、成核速率和结晶密度的变化相关。没有观察到相分离的证据，相似组成的分子动力学淬火结构模型的FEM模拟没有显示实验中观察到的特征。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase Evolution and Substrate-Dependent Nucleation of Quartz GeO$_2$ Films Grown by MOCVD on r- and c-Plane Sapphires
该研究系统考察MOCVD在r面与c面蓝宝石上生长GeO$_2$薄膜的非晶—石英相转变及成核形貌，揭示生长时间、温度和衬底取向对结晶行为的影响。
2025-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the role of interfacial heterogeneous nucleation in metastable thin film growth of rare earth nickelates electronic transition materials
虽然稀土镍酸盐（ReNiO 3）具有丰富的电子相和广泛可调的金属-绝缘体电子跃迁性质，但其固有的Meta稳定性在很大程度上阻碍了其实际的电子应用。除了提高氧反应压力，异相成核预计作为一种替代策略，使结晶ReNiO 3在低Meta稳性。本文揭示了高氧压和异质界面在触发ReNiO_3薄膜亚稳态生长中各自的作用。采用第一性原理计算进一步验证了在LaAlO 3单晶衬底上生长的ReNiO 3（Re：Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）异质薄膜在常压下不需要施加高氧压就能有效晶化，表明ReNiO 3与衬底之间的界面结合能充分降低ReNiO 3的正Gibbs形成能.然而，突变的电子跃迁只出现在高氧压下生长的ReNiO 3薄膜中，在这种情况下，氧空位通过高氧压反应被有效地消除，如近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）所示。本工作揭示了异质形核和高氧压对高质量ReNiO 3薄膜生长的协同作用。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization Inhibitors: Explaining Experimental Data through Mathematical Models
本文提出了一个新的数学模型来描述磷酸柠檬酸盐（PC）对砖内硫酸钠结晶的影响。该模型描述了盐和水的传输，以及一维对称的晶体形成。这是第一项从数学上考虑多孔石头内部抑制剂影响的研究。为此，我们引入两个模型参数：结晶速率，这取决于成核速率，和沉淀盐的比容。这两个参数是由我们的系统模型的数值校准的治疗和非治疗的情况下。
2015-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Divining the Shape of Nascent Polymer Crystal Nuclei
我们证明了初生聚合物晶体（即，核）是各向异性实体，与先前的假设相反，既不具有球形几何形状也不具有圆柱形几何形状。事实上，圆柱形、球形和其他高度对称的几何形状在物理上是不利的。此外，后临界转变是必要的，以实现最终出现在半结晶聚合物的结晶过程中的laminate。我们还强调了聚合物成核的不准确处理如何导致实质性错误（例如，预测成核速率的数量级差异）。这些见解是基于对来自典型缠结聚乙烯熔体结晶的400多万个晶体簇的定量分析。新的全面的自下而上的模型需要捕捉聚合物成核。
2019-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
The barrier to ice nucleation in monatomic water
从过冷液体的结晶最初通过形成小的固体胚（核）进行，这需要克服活化势垒。这种现象是最容易研究的数值模拟，使用专门的偏置采样技术，以克服所施加的限制，罕见的成核事件。在这里，我专注于在过冷水中的均匀冰成核的障碍，所代表的单原子水模型，在散装表现出不同的冰结构之间的复杂的相互作用。我认为各种协议，以确定solidlike粒子在计算机上，表现足够好的Lennard-Jones模型，并比较各自的影响的形状和高度的成核势垒。结果表明，这种效应对晶核尺寸的影响比对势垒高度的影响更大。作为一个副产品的分析，我确定的成核集群的结构，发现在集群中的冰相的相对量在很大程度上取决于用于分类solidlike颗粒的方法。此外，取决于所采用的成核坐标，在结晶的早期阶段期间最有利的相可能与稳定的多晶型物不同。因此，不能简单地根据所获得的势垒高度来评估反应坐标的质量。我解释了这个结果是如何可能的，为什么它只是指出了集体变量的缺点，适合简单的流体在提供一个强大的方法，单原子水的粒子分类。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystal Nucleation in Al-Ni Alloys: an Unsupervised Chemical and Topological Learning Approach
结晶是材料凝固的基本过程，决定了材料的微观结构。在原子尺度上的复杂现象的驱动下，它对合金的理解仍然是难以捉摸的。采用大尺度分子动力学模拟方法研究了典型过冷Al-Ni二元合金的均匀形核途径。一个无监督的拓扑学习分析表明，成核集首先从化学排序，其次是键取向排序的基础晶相。我们的研究结果还表明，不同的多晶型物的选择，这取决于组合物。Al 50 Ni 50的形核过程是一个单一的台阶，B2短程有序的出现，而Al 25 Ni 75的形核过程是一个向L12相的台阶形核过程。进一步讨论了纯Al和纯Ni对应物形核的影响。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Structural transformation in supercooled water controls the crystallization rate of ice
水的未解之谜之一是什么决定了它在冻结成冰之前可以冷却到的最低温度。实验上已经探测到过冷液体的均匀成核温度TH{ \approx }232 K附近，但冰结晶的机制-包括临界核的尺寸和结构-尚未解决。液态水的热容量和可压缩性在移动到过冷区域时根据幂律而急剧增加，该幂律将在Ts{ \approx }225 K（1，2）处发散，因此水的热力学异常与冰的结晶速率之间可能存在联系。但是探索这种联系是具有挑战性的，因为快速结晶阻止了对TH以下液体的实验研究。虽然原子论研究已经捕获了水结晶（3），但迄今为止所涉及的计算成本阻碍了对所涉及的速率和机制的评估。在这里，我们报告了粗粒度的分子模拟与mW水模型（4）在TH周围的过冷制度，这表明，四配位的分子在过冷液体水中的分数急剧增加解释了它的反常热力学，也控制了冰的形成速率和机制。模拟结果表明，水的结晶速率在225 K左右达到最大值，低于该温度，冰核的形成速度比液态水的平衡速度更快。这意味着液态水的亚稳态下限刚好低于TH，而远高于其玻璃化转变温度Tg{ \approx }136 K。通过提供液态水的结构转变、反常热力学和结晶速率之间的关系，这项工作为水的热力学决定冰的均匀成核速率的实验发现提供了微观基础。（五）
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Magnetization controlled by crystallization in soft magnetic Fe-Si-B-P-Cu alloys
软磁材料具有低矫顽场和高磁导率。最近，由于具有几十纳米的小晶粒尺寸的纳米晶合金表现出与金属玻璃相当的低矫顽场，因此使用退火金属玻璃获得的纳米晶合金引起了人们的极大兴趣。纳米晶软磁材料通过控制晶粒尺寸来获得优异的软磁性能，晶粒的微观结构对软磁性能有着重要的影响。在本研究中，我们研究了由退火金属玻璃得到的Fe-Si-B-P-Cu纳米晶软磁合金的磁性。在晶化过程中，观察结果揭示了所产生的组织和软磁性能之间的相关性。
2022-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Landau modeling of dynamical nucleation of martensite at grain boundaries under local stress
采用拉格朗日-瑞利动力学结合朗道能量学方法模拟了多晶体中马氏体的动态形核过程，得到了相变势和外载荷相互作用的局部应力。通过监测应变随局部应力的时空分布，我们证明了后光标、大角度晶界和三重结是对应于不同加载和冷却条件的有利的异质形核位置，并预测了马氏体形核模式的相图。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of heterogeneous nucleation and growth: An approach based on a grain explicit model
提出了一种在晶界上引发的相变模型，并通过数值模拟进行了测试：这种基于晶粒显式模型（GEM）的方法可以考虑颗粒结构，对大范围的成核过程进行准确的预测。与经典模型的均匀（JMAK）以及异质（卡恩）成核。提出了一种基于材料性质的过渡尺度，允许区分随机和站点饱和制度。最后，我们讨论了Avrami型指数和过渡区之间的关系，从实验中提取它的条件。
2013-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of Grain Boundary Phases
我们推导出一个理论，描述均匀形核的晶界（GB）相。我们的分析考虑到从GB相结，线缺陷分离两个不同的GB结构，这必然是一个位错，以及由于GB应力的跳跃弹性线力所产生的能量。该理论提供了弹性相互作用和GB相结的核心能量的解析形式，随着GB能量的变化，确定成核势垒。我们将由此产生的成核模型的GB在钨相变的模拟。我们的理论解释了为什么在某些条件下，GBs不能自发地改变它们的结构，甚至到一个较低的能量状态。
2021-08-15 cond-mat.mtrl-sci
On the Origin of Logarithmic-Normal Distributions: An Analytical Derivation, and its Application to Nucleation and Growth Processes
对数正态分布是自然界中最常见的分布之一，描述了大量的物理，生物甚至社会学现象。因此，这种分配的起源引起了广泛的兴趣，但仍然缺乏从基本原则出发的一般推导。使用随机形核和生长来描述结晶过程，我们得到的时间发展的晶粒尺寸分布。我们的推导提供了，第一次，对数正态型分布的形式的尺寸分布的解析表达式。我们将我们的结果固相结晶硅膜的晶粒尺寸分布。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of Binary Nanocrystal Superlattices and the Relevance of Short-Range Attraction
本文结合原位散射与分子模拟，揭示二元纳米晶超晶格通过经典成核形成，并证明短程粒子间吸引可显著加速其成核动力学，为超晶格的先验预测奠定基础。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Damage nucleation from repeated dislocation absorption at a grain boundary
用分子动力学模拟了位错在晶界反复吸收的损伤形核过程。在晶粒边界位错交叉点，原子洗牌事件决定了如何容纳由进入的位错所带来的自由体积。这个过程反过来又决定了裂纹成核机制，以及临界应变和破裂前可以吸收的位错数量。较低的应变速率促进早期裂纹成核和损伤成核模式，其中开裂之前的位错发射。这里提出的模拟方法也可用于探测其他类型的边界，虽然需要多个等效的初始配置来量化给定晶界的抗损伤性。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the threshold magnetic field for nucleation and domain wall propagation in an inhomogeneous structure with grain boundary
为了研究烧结磁体的矫顽力对温度的依赖性，研究了晶界处的形核和畴壁扩展作为磁体中磁化反转现象的速率决定过程，所述磁体由通过软磁材料的晶界接触的大块硬磁颗粒组成。这些系统已被研究分析为一个连续模型在零温度（A。Sakuma等人，J. Mag. Mag. Mat. { \bf 84} 52（1990））。在本研究中，温度依赖性研究利用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程在有限温度下。特别是，成核和畴壁传播的阈值场作为不同温度下的软，硬磁体的磁相互作用和各向异性的比率的函数。结果表明，畴壁扩展的阈值场对热涨落是鲁棒的，而形核的阈值场是脆弱的。所观察到的温度依赖性的微观机制进行了讨论。
2016-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Controlled nucleation in methylamine-treated perovskite films by artificial seeding and phase-field simulations
University of Konstanz（康斯坦茨大学）
通过人工成核与相场模拟方法，实现甲胺处理钙钛矿薄膜的受控成核与生长，提升光电设备性能。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of the nucleation and glide of disconnection modes in symmetric tilt grain boundaries
本研究开发了一种结合双晶体学与NEB方法的系统方法，用于计算对称倾转晶界中位错模式的形核与滑移能垒，并成功预测了Cu中[001]晶界的剪切耦合因子。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci
