Manifestations of the possible thermodynamic origin of water's anomalies in non-classical vapor nucleation at negative pressures
本研究利用经典密度泛函理论探究不同热力学情景（如双临界点、无临界点等）对负压下蒸气成核动力学的影响，发现成核机制和势垒变化因情景而异，为揭示过冷水异常的热力学起源提供了新视角。
2024-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Kinetic equation of concurrent nucleation and chemical aging of an ensemble of aqueous organic aerosols
使用的经典成核理论的形式主义，我们推导出一个新的动力学方程的大小和组成分布的合奏的含水有机气溶胶，通过成核和伴随的化学老化。这种分布可以受到非均相化学反应的焓和气溶胶吸收的有机痕量气体的消耗的显著影响。从离散的平衡方程出发，通过泰勒级数展开，得到了该分布随时间演化的二阶偏微分方程。一旦简化为多维Fokker-Planck方程的标准形式，该动力学方程可以通过完全分离变量的方法求解。新的动力学方程为一级相变动力学理论的发展开辟了一个新的方向，而将其应用于大气有机气溶胶的形成和演化，则可能大大提高全球气候模式的精度。
2019-12-17 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.chem-ph
Mechanisms and kinetics of C-S-H nucleation approaching the spinodal line: Insights into the role of organics additives
该研究通过湿化学实验结合SAXS和cryo-TEM表征，揭示了有机添加剂对C-S-H多步成核动力学的影响，并区分了低饱和指数下的经典成核与高饱和指数下的旋节线成核两种机制。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Kinetic Turnover in the Early-Stage Nucleation of Multi-Shell Condensed Clusters
Department of Chemistry, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学化学系）；IAS Center for AI for Scientific Discoveries, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学人工智能科学发现国际高等研究院中心）
针对多步成核中实验与理论成核速率的差异，本研究开发多壳层模型，通过随机模拟揭示重排速率可改变成核速率数个数量级，耦合强度增加会引发平均首次通过时间与重排 susceptibility 的非单调关系，阐明多步成核机制并提供预测框架。
2026-08-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Enthalpy effect on the kinetics of concurrent nucleation and chemical aging of aqueous organic aerosols. The stage of thermal relaxation
通过成核和伴随的化学老化而形成的含水有机液滴的集合的尺寸和组成分布可能受到冷凝的凝结潜热和非均相化学反应的焓的影响，因此液滴的温度可能偏离空气温度，从而成为其状态的独立变量（除了其尺寸和组成变量之外）。使用经典成核理论的形式主义，我们推导出一个偏微分方程的时间演化的分布的合奏这样的液滴相对于其所有的状态变量通过泰勒级数展开相应的多维离散平衡方程，描述液滴和空气之间的材料和热交换。由此产生的动力学方程超出了福克-普朗克近似的框架相对于温度变量。的时间尺度的非等温成核和随之而来的化学老化的含水有机气溶胶的层次结构的建立和分析描述其热松弛阶段的开发，允许一个估计的特征时间的建立气溶胶粒子的平衡分布相对于它们的温度。通过数值计算，说明了模型水溶性疏水有机气溶胶在空气中的同时成核和化学老化的理论结果。
2022-01-08 physics.ao-ph physics.chem-ph
Correlation between thermodynamic anomalies and pathways of ice nucleation in supercooled water
公知的经典成核理论（CNT）对于在母亚稳相内形成新稳定相的临界尺寸的核的自由能垒没有考虑具有在母亚稳相和最终稳定相之间的密度/阶数中间的其它亚稳相的影响。这种缺陷可能比CNT中的毛细管近似或球形假设更严重。这个问题在冰成核中特别重要，因为液态水在过冷状态下显示出由两个（高密度和低密度）液相组成的丰富相图。对过冷水的热力学和动力学异常现象的解释，往往会援引两个亚稳液相之间的液-液转变的可能影响。为了研究热力学异常和过冷水中亚稳液相的存在对冰成核的影响，采用密度泛函理论方法计算了相图不同区域的成核自由能垒.该理论作出了一些惊人的预测，如显着降低的成核势垒，由于存在一个亚稳的中间相和交叉的自由能垒对温度的依赖性在液-液临界点附近。这些预测可以通过计算机模拟和受控实验进行测试。
2014-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Substrate-induced crystallisation in polymers: Exceptional impact of prefreezing versus heterogeneous nucleation on kinetics and morphology
Institute of Physics, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg（马丁·路德·哈雷-维滕贝格大学物理研究所）
本研究系统比较了聚合物在不同基底上的预冻结与异相成核，发现预冻结能显著提升结晶动力学和晶体取向，使石墨烯成为理想成核剂。
2026-09-09 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
Microscopic Mechanism and Kinetics of Ice Formation at Complex Interfaces: Zooming in on Kaolinite
大部分自然中的冰都是由杂质形成的，这些杂质提高了纯净过冷水极低的成核率。然而，这些物质上的冰成核的微观细节在很大程度上仍然未知。在这里，我们揭示了高岭石（一种在气候科学中起关键作用的粘土矿物）上冰形成的分子机制和动力学。我们发现，在这种粘土的存在下，在强过冷冰的形成是20个数量级的速度比均匀冻结。临界核是基本上小于均匀成核，并在经典成核理论（CNT）的预测相反，它具有很强的2D字符。尽管如此，我们表明，碳纳米管正确地描述了冰在这个复杂的接口的形成。高岭石还促进了六方冰的唯一成核，而不是观察到立方和六方多型体的混合物的均匀冷冻。
2016-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Comparing the Mechanical and Thermodynamic Definitions of Pressure in Ice Nucleation
University of Vienna（维也纳大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）
研究比较了冰成核中机械和热力学压力定义，发现界面应力与自由能关系及系统依赖性。
2025-11-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Kinetic Monte Carlo simulations of electrodeposition: Crossover from continuous to instantaneous homogeneous nucleation within Avrami's law
利用动力学蒙特卡罗模拟研究了吸附质横向扩散对具有最近邻吸引相互作用的二维Ising格子气一级相变动力学的影响.例如，电化学欠电位沉积通过这种机制进行。与真空表面科学中的吸附的一个主要区别是，在电极电位的控制下，在没有质量传输限制的情况下，近似建立局部吸附平衡。我们分析了我们的结果，使用Kolmogorov，Johnson和Mehl，和Avrami（KJMA）的理论，我们扩展到指数衰减的成核率。这种衰减可能是由于在存在横向吸附物扩散的情况下抑制现有簇周围的成核而发生的。关联函数证明了这种禁区的存在。通过与成核速率I和生长团簇界面速度v的微观结果进行比较，我们可以证明KJMA理论给出的Iv^2的数量级是正确的。即使忽略了扩散所介导的空间相关性，这也是正确的。衰减的成核速率导致从连续成核到瞬时成核的逐渐交叉，当成核速率的衰减在相变的时间尺度上非常快时，这是完全的。因此，瞬时成核可以是均匀的，在两点关联函数中产生负最小值。本文还提出了一种求解具有吸附/脱附和侧向扩散的正方形格子气的n重蒙特卡罗算法。
2006-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Simulations of Crystal Nucleation from Solution at Constant Chemical Potential
一种广泛使用的晶体制备方法是将其从过饱和溶液中沉淀出来。在这样的过程中，溶液浓度的控制至关重要。成核过程，多晶型物的选择，和晶体的习惯取决于这个热力学参数至关重要。当在正则系综中进行模拟时，随着结晶相的沉积，溶液中的溶质被耗尽。热力学条件的这种不可避免的修改导致显著的伪像。在这里，我们采用Perego等人[J. Chem. Phys. 2015，142，144113]的恒定化学势分子动力学方法的思想来研究成核。我们的方法可以确定在恒定的过饱和度的晶核大小和成核速率。作为一个例子，我们研究了氯化钠从其过饱和水溶液中的均匀成核。
2019-07-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water cavitation results from the kinetic competition of bulk, surface and surface-defect nucleation events
Laboratory of Computational Science and Modeling, IMX, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院计算科学与建模实验室）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）；Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究探讨了水在负压下在不同系统中通过体积、表面和表面缺陷成核路径的空化行为，揭示了表面和缺陷机制对亚稳态系统成核的重要性。
2024-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Statistical Kinetics of Phase-Transforming Nanoparticles in LiFePO4 Porous Electrodes
使用一个简单的数学模型，我们表明，统计动力学的相变纳米粒子在多孔电极的结果在宏观非单调瞬态电流，这可能被误解为成核和生长机制的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）理论。我们的模型通过一个特殊的活化率和活性纳米颗粒的平均颗粒填充速度来模拟成核和表面反应在电化学驱动相变过程中的作用，该活化率和平均颗粒填充速度可以从多孔电极的响应中提取，以识别单个组成纳米颗粒的动力学。
2012-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effects of quenched disorder on the kinetics and pathways of phase transition in a soft colloidal system
本研究通过蒙特卡洛模拟探究淬灭无序对软胶体GCM体系相变的影响，揭示了杂质占比、团簇尺寸及表面形貌对成核势垒、临界尺寸和多晶型选择的作用规律，为结晶过程调控提供依据。
2024-09-13 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Bimodal molecular mass distribution in surfactant-free emulsion polymerization as a consequence of coagulative nucleation
它表明，经常观察到的宽的分子量分布从胶乳粒子合成的无表面活性剂的乳液聚合的结果从多阶段动力学。形成初级颗粒的聚合的初始阶段是01型的，这意味着可以假设颗粒非常小，以至于在任何时刻每个颗粒都不超过一个自由基链。在初级颗粒聚集成次级颗粒（所谓的凝聚成核步骤）之后，随后聚结的次级颗粒中的聚合动力学是假本体类型的，这意味着在颗粒中存在如此多的自由基，使得聚合过程如本体中一样进行。重要的结果是01-过程的分子量比伪本体过程的分子量大约一个数量级。因此，如旨在延长初始形成动力学的实验所示，这些聚合模式和其间的聚集阶段中的每一种在分子量分布中留下它们的痕迹。双峰分子量分布被发现为离子和非离子引发剂。
2017-03-31 cond-mat.soft physics.chem-ph
Motion of water monomers reveals a kinetic barrier to ice nucleation on graphene
水的界面行为仍然是蛋白质折叠、摩擦和冰形成等领域的中心问题[1，2]。虽然水在界面处的结构和动力学性质与在本体中的结构和动力学性质有很大不同，但我们在分子水平上的知识仍然存在重大差距，使我们无法理解这些无处不在的化学过程。关于水的微观运动的信息主要来自计算机模拟[3，4]，但原子尺度上的分子动力学在很大程度上未通过实验探索。在这里，我们提出的实验结果结合从头计算提供了一个详细的洞察水单体的石墨烯表面上的行为。我们表明，运动发生在石墨烯晶格上的激活跳跃。由于单体之间的排斥力，水扩散的动力学显示出非常强的合作行为的签名。的排斥力提高单体的寿命（$t_m \approx 3$在$T_S = 125$ K）在$\textit{free-gas}$阶段之前的冰岛的成核，反过来，提供了我们的实验进行的机会。我们的研究结果提供了一个独特的分子视角的障碍，冰成核的材料表面，提供了新的途径来理解和潜在的控制更一般的冰形成过程。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Combinatorial Compression in Nucleobase Self-Assembly Governed by Seeding Kinetics
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
以腺嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶的过饱和混合物为模型，研究竞争超分子结晶。发现三元混合物结晶慢且低效，而预形成的晶种可促进其有序生长，此过程为动力学压缩，为选择分子混合物组成途径提供机制。
2026-07-07 physics.bio-ph physics.chem-ph
Long-wavelength density fluctuations as nucleation precursors
超越经典成核理论的最近成核理论预测，来自低密度蒸气（或弱溶液）的液滴和晶体的扩散限制成核开始于长波长密度波动。这意味着在成核的早期阶段，“团簇”可以具有低密度但大的空间范围，这与凝聚相的任意小团簇的经典图像不一致。我们提出的动力学蒙特卡罗模拟的结果表明，这些预测得到证实：即平均而言，成核开始在低振幅的存在下，但空间上扩展的密度波动，从而证实了一个显着的预测的非经典理论。
2020-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Modeling generic aspects of ideal fibril formation
许多不同的蛋白质自聚集成不溶性原纤维，通过可逆添加基本构建块在顶端生长。但除了这个共同的原则，原纤维形成的方式是非常不同的，有各种中间形式，可以通过物理化学条件或氨基酸序列的微小修改进行重组。为了绕过这种复杂性，原纤维形成的多方面现象在这里被简化为针对原纤维的线性原型定义的最基本的原理。选定的通用功能，包括成核，伸长和构象招聘，建模使用最低限度的假设和工具，通过分离平衡动力学方面和在体外从体内条件。这些还原论的方法允许带出已知的和新的雏形，包括成核的动力学和平衡效应，成核的伸长的双重影响，成核和原纤维数量的动力学限制，以及通过从降解中拯救复合物在体内的积累。这些过程中被忽视的方面也指出：原纤维长度的指数分布可以使用各种模型，因为它是由于随机性只恢复。它也表明，同一术语“临界浓度”用于不同的事情，无论是涉及成核或伸长。
2016-09-27 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Kinetics of Surfactant Micellization: a Free Energy Approach
我们提出了一种新的理论方法，在表面活性剂溶液中的胶束形成的动力学，其中的各个阶段的聚集被视为一个单一的自由能景观的约束路径。三个阶段的良好分离的时间尺度进行了区分。第一和最长的阶段涉及胶束的均匀成核，为此，我们推导出临界核的大小，它们的浓度，和成核速率。随后，发生快得多的生长阶段，发现对于略高于临界胶束浓度（{ \it cmc}）的表面活性剂浓度，该生长阶段是扩散限制的，并且对于更高的浓度，该生长阶段是扩散限制的或动力学限制的。这两种情况下的增长的时间演化。在生长阶段结束时，胶束的大小可能大于或小于其平衡值，这取决于浓度。随后是平衡的最后阶段，在此期间，胶束通过裂变或熔合松弛至其平衡尺寸。这两种情况下的固定的表面活性剂浓度（封闭系统）和接触的表面活性剂单体（开放系统）的水库解决，并发现表现出非常不同的动力学。特别是，我们发现，胶束形成在一个开放的系统中，应在宏观时间动力学抑制，涉及两个阶段的胶束成核，而不是一个。
2010-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Atomistic View of Homogeneous Nucleation of Water into Polymorphic Ices
水是地球上最丰富的物质之一，而冰，即，固体水，有超过18个已知的相。通常，自然界中的冰只以冰Ih、冰Ic或两者的无序混合物的形式存在。尽管人们对常温常压下不同冰相的热力学进行了大量的理论研究，但仍存在许多问题。我们采用全原子分子动力学模拟的方法模拟了水和不同冰相之间的可逆相变。采用MetaITS增强取样方法，以两个选定的X射线衍射峰强度为集合变量，得到了液态水、冰Ih、冰Ic在多个温度下的三元相图。我们还提出了一个简单的物理模型，成功地解释了冰的热力学稳定性。我们的研究结果与实验结果一致，并导致更深入的理解冰的成核机制。
2021-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Revision of the classical nucleation theory for supersaturated solutions
在沉淀团簇从过饱和溶液中成核和长大的过程中，团簇与溶液之间的扩散通量改变了团簇-溶液界面附近的溶质浓度，使其平均体积浓度发生变化。这一特点影响了溶质原子在界面处的附着和脱离速率，因此改变了整个成核动力学。在经典成核理论中，这种效应被忽略了，除非很明显。为了说明这种新方法的结果，对于均匀成核的情况下，我们计算的总溶解度（包括从异相波动的贡献）和成核速率作为模型的两个参数的函数，并将这些结果与经典的。人们可以得出结论，与经典的成核理论的差异是很大的扩散限制制度，当溶质原子的体扩散迁移率是小的相比，界面的，而在相反的界面限制的情况下，他们消失。
2015-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
