晶态铝的过热极限及其涨落形核

论文摘要

熔化是自然界中最常见的一种现象,也是凝聚态物理领域一个重要的相变过程。实验表明,液态金属容易出现低于熔点不凝固的过冷现象,但在其逆过程——熔化过程中,却难以发现固态金属高于熔点而不熔化的过热现象。Dacges等人将Ag粒子包覆在Au中,观察到了晶态Ag可在高于其熔点24K的温度下维持1min不熔化之后,过热的极限温度成为人们研究的焦点。 本文对金属过热现象的实验和理论研究进行了概述,较为详细介绍了近二十年来理论和实验研究的进展,通过对典型的材料—固态Al的分析和计算,给出了一个固态Al新的过热的热力学极限T_m~G和一个新的过热动力学极限T_m~F。 类似于Fecht和Johson的“等熵点”理论,我们给出了等压条件下的Al晶体过热的“等Gibbs函数点”T_m~G≈1.16T_m,这是一个特定条件下Al晶体熔化的一个温度上限,它明显地有别于其它的热力学上限。 在不考虑表面、界面、杂质和品格缺陷的情况下,对晶体的熔化过程进行了分析和讨论。我们认为,晶体中液相形核的过程更接近于一个等容的热力学过程。在这一前提下,对Al晶体过热的动力学极限进行了计算,给出动力学极限温度为T_m~F≈1.11T_m。 新的Al晶体过热的热力学极限T_m~G和新的动力学极限T_m~F,将丰富我们对于晶体过热现象的认识。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 熔化概述
• §1.2 熔化研究的历史和发展
• 第二章 熔化和过热现象的实验研究进展
• §2.1 平衡熔化和经典热力学表述
• §2.2 熔化的起始位置
• §2.3 低维材料熔点的降低
• §2.4 材料的过热现象
• §2.5 研究熔化和过热的意义
• 第三章 晶体过热的极限
• §3.1 熔化判据和熔化动力学
• §3.2 晶体过热的极限
• 第四章 Al晶体过热的动力学极限
• §4.1 等压条件下的晶体熔化温度
• §4.2 晶体的形核动力学进一步讨论
• 第五章 计算结果及其讨论
• §5.1 主要计算结果
• §5.2 分析与讨论
• 参考文献
• 致谢