Dünne Schichten, Oberflächen und Nanomaterialien

Bei der heterogenen Keimbildung beträgt die zur Bildung eines kritischen Keims nötige Energie mit dem Kontaktwinkel θ zwischen Keim und Substrat das f(θ) = (2 + cosθ)(1 − cosθ)²/4-Fache des Wertes bei homogener Keimbildung. Welcher Wert kommt f(θ) für θ = 60° am nächsten?

  1. AEtwa 0,16
  2. BEtwa 0,63
  3. C1,0 (wie bei homogener Keimbildung)
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Lösung: A. Etwa 0,16

Mit cos60° = 0,5 ist f = (2 + 0,5)(1 − 0,5)²/4 = 2,5 × 0,25/4 ≈ 0,16. Die Keimbildungsbarriere sinkt also auf etwa 16 % des Wertes bei homogener Keimbildung, und auf Substraten, Gefäßwänden oder Einschlüssen bilden sich Keime sehr viel leichter. Etwa 0,63 entsteht, wenn am Ende die Division durch 4 vergessen wird. Bei θ = 90° (halbkugelförmiger Keim) ist f = 0,50; die Barriere beträgt dann genau die Hälfte des Wertes bei homogener Keimbildung. Je näher θ bei 0 liegt (gute Benetzung), desto näher liegt f bei 0, und bei θ = 180° (keine Benetzung) ist f = 1, also wie bei homogener Keimbildung. Das Impfen zur Kornfeinung beim Gießen nutzt diese heterogene Keimbildung.

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