Real-time quantification of fluid flows around bubbles during directional solidification
Université Lyon 1, CNRS Institut Lumière Matière UMR5306（里昂第一大学，CNRS光与物质研究所）；Sciences et Ingénierie de La Matière Molle UMR 7615, ESPCI Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités（软物质科学与工程UMR 7615，巴黎高等物理化工学院，PSL研究大学，CNRS，索邦大学）
利用低温共聚焦显微镜和粒子图像测速技术，实时量化了含表面活性剂和示踪剂的水在凝固过程中气泡周围的流体流动，发现体积膨胀主导流体运动，速度与凝固速率线性相关，而马兰戈尼流可忽略。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An image processing pipeline for in-situ dynamic X-ray imaging of directional solidification of metal alloys in thin cells
提出一种开源图像处理算法，用于薄电池中金属合金定向凝固的X射线成像定量分析，可分离固液结构、进行晶粒形态分析并研究凝固与对流相互作用，在低质量图像下依然可靠。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
In Situ X-Ray Radiography and Tomography Observations of the Solidification of Alumina Particles Suspensions. Part I: Initial Instants
本文用高分辨X射线照相和层析成像技术研究了氧化铝颗粒胶体悬浮液在凝固定向凝固过程中的行为。这些技术的组合提供了关于固/液界面的传播动力学、晶体和颗粒富集相之间的颗粒再分布以及冰晶的3D组织的定性和定量信息。在这两个同伴论文的第一部分，导致定向结晶的前体现象在凝固的第一瞬间进行了研究。Mullins-Sekerka不稳定性对于解释界面图形的动态演化是不必要的。在这些第一时刻期间的颗粒再分布取决于生长到悬浮液中的晶体的类型。胶体悬浮液的固化机制的见解可能是有价值的材料加工路线，这种类型的定向凝固（冷冻铸造），和一般感兴趣的固化前沿和惰性粒子之间的相互作用感兴趣的。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
The role of solute concentration in interface instability during alloy solidification: A viewpoint from the free energy
凝固组织是由界面过程与热、溶质输运过程的相互作用决定的。本文研究了定向凝固中的平面不稳定性。首先，模拟了生长初期的界面演化过程，表明平面不稳定性表现为从平面到胞状的转变。其次，为了表示凝固的历史依赖性，在模拟中使用恒定的热梯度G和变化的拉速VP。结果表明，冷却速率R（= G*VP）控制界面的整体传播速度，以维持局部热力学平衡。溶质偏聚通过改变界面处的过剩自由能和相应的界面能来决定界面的稳定性。最后，对具有不同择优取向的晶粒进行了模拟，结果表明表面能及其各向异性不影响溶质扩散和平面生长。同时也验证了溶质偏聚影响界面能，导致界面不稳定的结论。另一方面，对于平面-胞状转变，最小表面刚度准则比最大表面能准则更适用。溶质浓度对过剩自由能和界面能的影响可以应用于其他由界面不稳定性引起的凝固模式，这将在未来进行研究。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Quasiperiodic Tip Splitting in Directional Solidification
我们报告的实验结果的尖端分裂动力学的海藻生长的丁二腈合金与聚（环氧乙烷）或丙酮作为溶质的定向凝固。通过固化取向接近{111}平面的晶粒来选择海藻或密集分支形态。尽管随机外观的增长，准周期尖端分裂形态观察到的尖端交替分裂到左边和右边。发现尖端分裂频率f与生长速度V呈幂律f <proportional to>V^{1.5}相关。这一发现是一致的尖端分裂模型，也提出了预测。小的各向异性导致不同种类的海藻形态。
2001-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Benchmarking of Massively Parallel Phase-Field Codes for Directional Solidification
Northeastern University（东北大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文比较了两种先进的相场代码在模拟实验相关条件下合金固结的性能，评估了其在2D和3D中枝晶形态、初级间距和尖端动力学的预测能力，以及数值收敛性和计算性能。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nonequilibrium molecular dynamics simulation of rapid directional solidification
我们提出了非平衡分子动力学模拟的结果，从其液相生长的固体二元合金。被认为是制度的高拉速，$V$，其中有一个渐进的过渡，从溶质偏析溶质捕获。在偏析制度，我们恢复的指数形式的浓度分布在液相内。随着$V$的增加，溶质捕获逐渐稳定，我们的结果与Aziz的理论预测很好地一致[J. Appl. Phys. { \bf 53}，1158（1981）]。此外，流体平流速度显示为保持与$V$成正比，即使在这里考虑的最高速度（$V\simeq10$ ms $^{-1}$）。
2000-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Three-dimensional phase-field simulations of directional solidification
近年来，相场法已成为模拟凝固过程中微观结构斑图形成的首选方法。其主要优点之一是，时间相关的三维模拟变得可行。这使得解决长期存在的模式稳定性问题成为可能。在这里，我们研究的稳定性的六角细胞和共晶层。对于细胞，它表明，相关的不稳定模式的几何形状是由稳态图案的对称性，和稳定性的限制强烈依赖于晶体各向异性的强度，如先前发现的两个维度。对于共晶，初步调查的片晶破碎不稳定性。后者进行了新开发的相场模型的两相凝固，提供了优越的收敛性能。
2004-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the occurrence of buoyancy-induced oscillatory growth instability in directional solidification of alloys
该研究通过DNN模型和Navier-Stokes求解器，在Al-Cu合金中重现了定向凝固中的浮力诱导振荡生长，并绘制了振荡状态图谱，揭示了振荡类型与流体速度比的关系。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Spacing Characterization in Al-Cu Alloys Directionally Solidified Under Transient Growth Conditions
研究了Al-Cu合金在瞬态生长条件下定向凝固的间距选择。新的实验结果表明，枝晶间距与凝固速率的演变几乎是逐步的方式，与以前的理论预测兰格和同事。动态生长条件与实验结果相近的定向凝固相场模拟结果证实了这一点。枝晶臂间距的变化被证明是一致的枝晶不稳定性局限，最初，子域，而不是整个系统。这是由于生长条件的快速变化，这阻止了系统作为一个整体而适应，而是在一系列准孤立的域中。
2010-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dynamics of Low Anisotropy Morphologies in Directional Solidification
我们报告的准二维扩散限制生长在定向凝固丁二腈与少量的聚（环氧乙烷），丙酮，或樟脑作为溶质的实验结果。海藻生长，或密集的分支形态，通过生长靠近$\{111\}$平面的颗粒来选择，其中平面内表面张力几乎是各向同性的。观察到的生长形态是非常敏感的表面张力的小各向异性所造成的从$\{111\}$平面的取向不良。不同的海藻形态被发现，包括退化的，稳定的，和强烈倾斜的海藻。退化的海藻表现出有限的分形尺度范围，并增加过冷度，建议从“分形”过渡到“紧凑”的海藻。强烈倾斜的海藻表现出显着的双重各向异性。此外，在低各向异性生长中观察到海藻枝晶转变。
2002-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Phase-field modeling of microstructural pattern formation during directional solidification of peritectic alloys without morphological instability
在包晶合金定向凝固过程中，两个稳定的固相（母相和包晶相）竞争生长成亚稳液相，其杂质含量大于任何一个固相。当母相或两个固相在形态上不稳定时，即，对于小的温度梯度/生长速率比（$G/v_p$），一个固相通常生长出并覆盖另一个相，导致与在稀二元合金的单相凝固过程中形成的胞状-枝晶阵列结构非常类似的胞状-枝晶阵列结构。相反，当$G/v_p$大到足以使两相形态稳定时，微结构的形成受到两个固相的成核和生长之间的微妙相互作用的控制。在这种情况下观察到的结构（在对流效应被抑制的小样品中）包括垂直于生长方向的母相和周相的交替层（带），其通过一个相交替成核和横向扩散到另一个相上而形成，如最近的模型[R. Trivedi，Metall. Mater. A 26，1（1995）]，以及部分填充的带（岛），其中周晶相不完全覆盖连续生长的母相。我们开发了一个相场模型，结合成核过程，以探索这些结构的形成的周向凝固。该模型的模拟揭示了从岛屿到乐队的形态过渡，在母相上的成核后，这原来是由一个显着的恒定的加速度，和生长形态的类型，人们可能会期望在纯扩散生长条件下观察到的大样品的周边相的传播的动态。
2001-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Development of Silicon during Directional Solidification: A Phase-Field Study
为了在定向凝固过程中控制多晶硅的晶粒结构，应了解晶界（GBs）相对于温度梯度的发展过程。结合各向异性的界面能和各向异性的附着动力学系数的相场模型产生了生长中的硅晶体的小平面形状，这与实验观察相一致。模拟了不同生长速度下耦合硅晶粒的生长，观察了固液界面的形貌和晶界的发展过程。结果表明，晶界的方向在晶粒槽处既受动力学规律控制，也受平衡规律控制，这取决于晶界两侧晶粒的生长速度和取向关系。在具有小平面-小平面表面的凹槽下方的GB遵循两个表面的平分线，而当凹槽具有粗糙表面时，GB的方向远离平分线。这项研究提供了一种数值方法来预测晶界的发展，并从晶粒结构的演变中获得见解，这可以潜在地应用于高效率和低成本的太阳能电池。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Convective effects on columnar dendritic solidification -- A multiscale dendritic needle network study
重力诱导的浮力，在大多数固化过程中不可避免的，大大改变了晶体生长的动力学，这样，将流体流动的固化模型是至关重要的理解和预测微观结构选择的关键方面。在这里，我们提出了一个多尺度的树枝状针网络（DNN）模型定向凝固，包括液体中的浮力流动，并将其应用到一系列的合金和生长条件。在简要介绍了该模型之后，我们研究了Al-4at.%合金中稳定的一次枝晶间距的选择Cu和In Ti-45at.%铝合金在不同的重力水平下，比较这两个应用程序公布的相场结果和实验测量。然后，我们模拟了最近报道的振荡生长行为通过X射线原位成像的定向凝固的镍基高温合金CMSX-4。在这最后一个应用中，DNN模拟设法再现振荡生长行为，因此允许识别振荡生长机制背后的基本机制。特别是，我们表明，持续的振荡发生时，平均液体流速接近晶体生长速度，和初级枝晶间距也发挥了至关重要的作用，在振荡行为。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
From irregular to regular eutectic growth in the Al-Al3Ni system: in situ observations during directional solidification
本研究利用原位显微技术观察Al-Al3Ni合金定向凝固过程，揭示了随凝固速度增加，共晶生长从小平面不规则形态向弱各向异性规则形态转变的机制及耦合变化。
2024-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Solidification of Icosahedral Quasicrystals: Viewpoint Based on a Quaternion Orientational Order Parameter and the Formation of the E8 Lattice
本文用四元数取向序参量分类二十面体准晶的凝固相变，提出八维E8晶格形成无需维度限制和拓扑缺陷，类比体超流性，为高维晶格凝固提供新视角。
2025-10-23 cond-mat.mtrl-sci gr-qc hep-lat
Traveling Waves Induced by Sweeping Flows on Solidification Interfaces
合金在热梯度中的凝固通常涉及通过热对流或热溶质对流产生流动。我们通过在定向凝固装置中诱导受控扫掠流来实验研究它们对凝固界面动力学的影响。从外部热虹吸管在样品中诱导流动。观察到微结构向下游倾斜，下游侧支发育。然而，主要的成果是大规模的行波凝固界面上的证据。它们是由凝固和流动之间的耦合引起的，并产生固相的重复条纹。两个波的观察和特点。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stochastic phase-field simulations of symmetric alloy solidification
本文采用非变分波动相场模型研究了定向凝固的初始过渡阶段。该模型适用于二元稀溶液的对称凝固，不需要用涨落耗散定理来解释涨落统计。我们致力于我们的注意力瞬态政权期间，浓度梯度的建立和波动的作用，使界面不稳定。为此，我们计算的时间依赖的增长率的每一个模式和功率谱的波动的影响下演变的接口。定量协议时，发现比较相场模拟与理论预测。
2004-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal eutectic solidification patterns operating near a marginal stability point
我们研究了长时间的动态六角形定向凝固模式在大块样品的透明共晶合金使用的光学方法，它允许实时观察的生长前沿。由于等温线的轻微曲率的图案的缓慢膨胀驱动系统进入永久制度，接近棒分裂不稳定性的阈值。因此，一个明显较小的仪器缺陷就足以使系统保持在边缘稳定点附近。这回答了长期存在的问题，在大块共晶生长的间距选择。
2008-09-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Quantitative phase field modeling of solute trapping and continuous growth kinetics in rapid solidification
溶质捕集是合金快速凝固过程中的一个重要现象，连续生长模型（CGM）是目前流行的锐界面理论。使用匹配渐近分析，我们展示了如何将二元合金相场模型的尖锐界面行为定量映射到Aziz等人的CGM动力学上。[1]，具有可控的分配系数k（V）。我们展示了参数化，使相场模型映射到相应的CGM或经典的尖锐的接口模型。我们还证明了不同的接口宽度的映射是收敛的。最后，我们提出的效果，溶质捕获可以在定向凝固模拟细胞生长。溶质捕获的处理可以很容易地实现在不同的相场模型，并预计将是一个重要的功能，在快速凝固制度，如增材制造相关的定量相场建模的未来研究。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth competition and formation of grain boundaries during solidification of hcp alloys
本研究通过相场建模揭示hcp合金定向凝固中晶粒竞争机制与立方晶体相似，温度梯度影响晶界取向选择，实验验证定性一致，为理解六方材料凝固行为提供新见解。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
In Situ X-Ray Radiography and Tomography Observations of the Solidification of Alumina Particles Suspensions. Part II: Steady State
本文通过X射线照相和层析成像原位高分辨率观测，研究了氧化铝颗粒胶体悬浮液在定向凝固过程中的行为。这第二部分是集中在稳定状态的增长过程中的冰晶（在界面速度方面）的演变和颗粒的再分配发生在这个政权。特别是，它表明，扩散不能确定的浓度分布和颗粒的再分布在这个政权的界面速度（20-40微米/秒）;宪法过冷参数不能被调用来解释颗粒的再分布。颗粒通过与移动的凝固界面的直接相互作用而重新分布。确定了控制颗粒再分布的几个参数，即界面速度、颗粒尺寸、冰晶形状以及晶体与温度梯度之间的取向关系。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
On the role of confinement on solidification in pure materials and binary alloys
我们使用相场模型来研究约束对枝晶生长的影响，在过冷熔体中凝固的纯材料中，以及在稀二元合金的定向凝固中。具体而言，我们观察到的效果不同的垂直域范围（$δ$）尖端的选择，通过量化的枝晶尖端速度和曲率的函数$δ$，和其他工艺参数。随着$δ$的减小，我们发现枝晶尖端的工作状态受到有限边界存在的显著影响。对于特定的边界条件，我们观察到的开关的生长状态从3-D到2-D在非常小的$δ$，在纯材料和合金。我们表明，从合金模型的结果相比，从实验研究调查这种效果。
2006-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution under the space-time variational solidification conditions in a melt pool: A multi-scale simulation study
熔池中凝固条件是时空变化的，熔池中的微观组织演变决定了焊接件的性能。为了反映熔池内凝固条件的变化，本文将微观相场方程与宏观热过程相结合，进行了多尺度模拟。首先，采用GR模型和TF模型对熔池局部区域的单晶凝固过程进行了数值模拟。结果表明，TF模型比GR模型更能反映变化情况。其次，通过TF模型对整个熔池区域进行了单晶凝固和多晶凝固模拟。结果表明，整个熔池的凝固条件的时空变异性。同时，变化条件对微观结构的演化有显著影响，包括外延生长阶段初始不稳定性的发生和竞争生长阶段收敛晶界和发散晶界的方向性演化。此外，观察到轴向晶粒结构的形成，这可以被认为是沿轴向和径向的晶粒之间的竞争。本文的研究表明了考虑池内变化条件的必要性。同时，PF模型能够准确地模拟变条件下的微观组织演化，在研究熔池凝固动力学方面具有很大的潜力。
2022-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale dendritic needle network model of alloy solidification with fluid flow
我们提出了一个多尺度凝固模型的数学公式，在液相中的对流。该模型是二元合金中晶体生长的枝晶针网络方法的扩展。我们提出了一个简单的数值实现的基础上有限差分和逐步逼近的任意方向的抛物线树枝状分支。二维模型的结果进行了验证，对参考基准解决方案的稳定，不稳定，和浮力流，以及在扩散制度的稳态枝晶生长。强迫流动下的等轴生长的模拟产生的枝晶尖端速度在10%的定量相场的结果从文献。最后，我们进行了说明性的模拟多晶凝固的物理参数的铝-10wt%的铜合金。所得的微观结构显示出显着的差异时，考虑到自然浮力相比，一个纯粹的扩散运输制度。由此产生的模型开辟了新的途径，计算和定量调查的影响，流体流动和重力诱导的浮力后，选择树枝状微观结构。进一步正在进行的开发包括定向凝固条件的等效公式和三维模型的实施，这对于与实验测量进行定量比较至关重要。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Orientation selection in alloy dendritic evolution during melt-pool solidification
本研究针对金属增材制造中高速凝固熔池的枝晶取向选择机制未明的问题，采用二维相场模型探究二元合金胞状-枝晶阵列倾斜生长的影响因素，建立取向选择图谱，为相关材料的亚晶结构等调控提供参考。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Artificial Bone and Teeth through Controlled Ice Growth in Colloidal Suspensions
规则图案的形成是涉及铸造材料的许多凝固过程的共同特征。我们在这里描述如何可以获得规则的图案在多孔氧化铝和羟基磷灰石（HAP）通过控制陶瓷浆料的冷冻，随后由冰升华和烧结，导致多层多孔陶瓷结构均匀和明确的架构。这些多孔材料可以用选择的第二相渗透，以产生具有改善的机械性能的仿生珍珠质类复合材料，其可用于人造骨和牙齿应用。适当控制固化模式提供了控制最终功能特性的有力手段。我们讨论了实验结果之间的关系，冰生长的基本原理，冰的物理和惰性粒子之间的相互作用和定向冻结过程中的凝固前沿。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Simulation of temperature, stress and microstructure fields during laser deposition of Ti-6Al-4V
研究了Ti-6Al-4V熔池定向凝固过程中原始柱状$β$相、界面$L$相和$α$相的演化规律。有限元模拟估算了熔池中的凝固温度场和速度场，并分析了激光粉末床熔化过程中凝固件中的应力场和热变形。相场模型使用温度场和速度场来预测柱状前$β$（Ti）相的形成。在从过冷液体固化$β$相的过程中，$β$柱内低于固相线温度的残余液体导致$α$相。有限元模拟的应力应变场与微观结构场的长度尺度和体积分数相关。最后，$β$（Ti）细胞在凝固过程中的合并行为进行了说明。上述分析很重要，因为它们可以用于热处理过程的后续建模的主动控制。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Doublon Growth in Solidification
本文介绍了定向凝固过程中双晶生长形态的实验研究。使用的样品是丁二腈与少量的聚（环氧乙烷），丙酮，或樟脑作为溶质。双晶，或者说断裂枝晶，是一般的扩散限制生长结构，在大的过冷度和低各向异性下会出现。通过选择靠近$\{111\}$平面的晶粒实现低各向异性生长，从而根据实验参数导致海藻（密集的分支形态）或双晶生长。我们发现选择的doublons是强烈依赖于溶质浓度和样品取向。选择在低浓度（低溶质过冷度），在纯材料中的大的热过冷度的预测的doublons相反。双晶体还表现出优选的生长方向，并且改变特定双晶体晶粒的取向会改变双晶体的特性和稳定性。我们观察到海藻和doublon之间的过渡增长与浓度和样品方向的变化。
2004-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
The effect of the interface energy on pattern selection in alloy solidification: A phase-field study
凝固结构是由不可逆过程产生的耗散结构，对模式选择的透彻理解对于控制凝固结构是必要的。本文采用相场模型模拟了不同择优晶向下的凝固过程。研究了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对图形选择的影响。在初始阶段，溶质偏聚影响界面能，决定了平面界面的不稳定性。在平面-蜂窝转变（PCT）的详细演变期间，表面刚度主导该阶段。在PCT阶段，溶质偏聚程度高是指界面能低，导致在一次枝晶尖端后出现侧枝。在稳态阶段，界面的总体传播速度是相同的，而在不同的PCO模拟的尖端速度是不同的。不同的尖端速度导致不同的界面形态演化。分别讨论了整体耗散系统和局部自由能的观点。本文论证了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对模式选择的影响。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Phase Field Model of Alloy Solidification
我们提出了一个详细的推导和薄界面分析相场模型，可以准确地模拟微观结构的斑图形成的低速定向凝固的稀二元合金。相对于先前的相场模型的这一进步是通过在质量守恒关系中添加唯象的“反捕获”溶质流来实现的[A。Karma，Phys. Rev. Lett 87，115701（2001）]。这种反捕获电流抵消物理，虽然人为的大，溶质捕获效应时产生的介观界面厚度被用来模拟实验长度和时间尺度上的界面演变。此外，当固体和液体中的扩散率不相等时，它在模型中提供了额外的自由度，以抑制与该厚度成比例的其他虚假效应[R. F. Almgren，SIAM J. Appl. Math 59，2086（1999）]，其包括表面扩散和对Stefan条件的曲率校正。这种自由度也可以用来使界面的动力学过冷度任意小，甚至对于界面厚度和相场弛豫时间的介观值也是如此，就像对于纯熔体的凝固一样[A.卡玛和W J. Rappel，Phys.Rev.E53，R3017（1996）]。该模型的性能表明，通过精确计算的第一次内的相场方法的Mullins-Sekerka稳定性谱的平面界面和非线性细胞的形状为现实的合金参数和生长条件。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Scalable Autoregressive Deep Surrogates for Dendritic Microstructure Dynamics
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出基于短轨迹相场模拟训练的自回归深度代理模型，实现枝晶微结构演化在可扩展时空尺度上的高效准确预测，加速超两个数量级，并在Al-Cu合金凝固中验证了其与相场基准的高度一致性。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Composition on Microstructural Evolution during Homogenization of 7XXX Alloys
本研究针对7XXX系铝合金均匀化过程的微观组织演变问题，采用多尺度综合模型结合Scheil凝固计算，分析了成分与初始组织的影响，提出了优化的合金成分范围。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
An experimental method for the in-situ observation of eutectic growth patterns in bulk samples of transparent alloys
本文提出了一种在透明共晶合金块体试样中原位观察定向凝固前沿的实验方法。用长距离显微镜在暗视野中通过液体和容器的玻璃壁倾斜地观察生长前沿。我们表明，在一定的倾斜角度的显微镜，可以得到一个聚焦图像的整个生长前沿。在这个倾斜角下，在400- \mic厚的样品中，在整个生长前沿上可以清楚地看到直径约为3.5 \mic的共晶纤维。
2007-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Parity Breaking at Faceted Crystal Growth Fronts during Ice Templating
Northeastern University（东北大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过相场模拟揭示了冰模板中层状冰结构生长方向选择机制，基于自发奇偶性打破理论，定量预测了层板与热轴的倾斜角，为解释实验观测提供理论依据。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase-Field Model of Freeze Casting
Northeastern University（东北大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出一个定量相场模型，用于模拟水基溶液定向固结过程，揭示了冰-水界面的各向异性能量和动力学特性，以及冰晶生长的各向异性动力学影响。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tilting behavior of lamellar ice tip during unidirectional freezing of aqueous solutions
冰的冻结已从许多方面大量报道，特别是其复杂的斑图形成。由液相生成的冰通常具有层状结构，在许多领域起着重要作用。然而，在定向凝固过程中，冰的倾斜生长是通过共面到非共面的过渡而实现的，这一现象在以往的研究中很少受到关注，而且对倾斜层状冰的形成也存在着误导性的解释。在这里，我们原位研究了在不同的条件下，在一个单一的冰晶与定向通过单向冻结水溶液的倾斜行为的层状冰尖的变化。结果表明，冰尖的倾斜生长对拉速和溶质类型敏感。这些实验结果揭示了层状冰倾斜生长的内在规律，丰富了我们对冰的斑图形成的认识。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crossover from lamellar to spongy ice morphologies within a single ice crystal during unidirectional freezing of an aqueous solution
在各种条件下，冰从液相中的生长已经被广泛地研究，特别是对于冰在过冷水和水溶液中的自由生长。虽然单向冰生长在海冰和冷冻铸造中起着重要作用，但水溶液中单向生长冰的详细斑图形成仍然是难以捉摸的。这是第一次，我们在原位证明了一个单一的冰晶通过单向冻结的水溶液从层状到海绵状冰形态的交叉。海绵状冰的形貌起源于倾斜的层状冰的相交，并且在单个冰晶中观察到，这与定向凝固中由两个不同取向的晶粒组成的双晶的竞争生长有本质的不同。这些结果提供了一个完整的物理图片单向生长的冰从水溶液中，并被认为是促进我们的理解在许多相关领域的各种模式的冰的斑图形成的冰晶是至关重要的。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Role of interfacial energy and liquid diffusivities on pattern formation during thin-film three-phase eutectic growth
本文研究了一种典型对称三元共晶合金在薄膜定向凝固过程中的三相共晶生长。与只有一种可能性的两相共晶相反，$αβαβ$.作为生长模式，在三相共晶生长期间存在无限的可能性。在这里，我们探讨了可能存在的模式选择的影响，在固-固界面能和扩散系数的变化。我们开始的研究，估计过冷度与间距变化的最简单的可能配置的图案长度3和4，其中相场模拟被用来量化的影响的固-固界面能和对比度的组分扩散率。随后，由多个周期的$αβδ$组成的扩展模拟.还有$αβδβ$.进行评估的稳定性的配置，以长波长扰动的空间。此后，最简单的图案之间的生长竞争进行了调查，通过相场模拟耦合生长的配置类型[ $αβδ]_m[αβδβ]_n$，（m，n）是各自的周期数。最后，通过随机初始配置初始化和基于相位序列对出现的模式进行分类，研究了模式选择。主要的发现是，虽然没有强的相选择，固-固界面能和组分扩散系数的对比度之间，我们发现后者强烈影响图案形态。
2021-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Valley Spin Controlled Chiral Coupling in Topological Valley Phononic Crystals
与声子谷赝自旋不同，弹性波的真实物理自旋增加了一个新的工具包，能够从局部观点设想拓扑谷声子晶体的谷自旋物理。在这里，我们报告的本地弹性谷自旋的观察以及隐藏的弹性自旋谷锁定机制之前被忽视。我们证明了谷声子态沿着拓扑界面的选择性单向路由可以通过在具有相反谷自旋对应的不同界面位置施加弹性自旋元源来逆转。通过对不同输运方向下不同界面位置处相反的局域弹性自旋密度的解析理论和实验测量，揭示了谷声子态的弹性自旋控制手征耦合的选择性方向性的物理机制.谷拓扑边声子的弹性自旋可以推广到其它拓扑态，为研究拓扑超材料提供了新的工具。
2022-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
