薄膜、表面與奈米材料

在均質成核中,設形成半徑r的球狀核時的自由能變化為 ΔG = (4/3)πr³ΔGv + 4πr²γ。界面能 γ = 0.10 J/m²、單位體積的自由能變化 ΔGv = −2.0×10⁸ J/m³ 時,臨界核半徑 r* 最接近下列何者?

  1. A約0.5 nm
  2. B約2.0 nm
  3. C約1.0 nm
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正確答案:C. 約1.0 nm

將ΔG對r微分並令其為0,得 r* = −2γ/ΔGv,r* = 2 × 0.10/(2.0×10⁸) = 1.0×10⁻⁹ m = 1.0 nm。約0.5 nm 是漏掉係數2的 −γ/ΔGv 的值,約2.0 nm 是把臨界核的直徑(2r*)誤當成半徑的值。小於 r* 的胚收縮時能量下降,因此容易消失,只有超過 r* 的核才會持續成長。過冷度越大,|ΔGv| 越大,因此 r* 越小,成核能障 ΔG* = 16πγ³/(3ΔGv²) 也急遽下降,成核變得容易發生。

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