Реферат на тему Спинодальный распад

Содержание:

Введение 3

1. Понятие спинодального распада 5

2. Описание спинодального разложения в соответствии с диаграммой свободной энергии 10

Заключение 15

Список литературы 17

Введение:

Спинодальный распад представляет собой один из двух возможных механизмов разделения гомогенного раствора (твердого или жидкого) двух или более компонентов на отдельные фазы, различающиеся по составу и, соответственно, по химическим и физическим свойствам. Этот механизм отличается от обычного механизма образования и роста зародышей (МОРЗ) тем, что он не требует достижения критической разности концентраций образующихся фаз и инкубационного периода, а происходит равномерно по всему объему, а не только на отдельных участках зародышеобразования. Такой распад может происходить в различных материалах: сплавах, стеклах, гелях, керамиках, жидких растворах и растворах полимеров [7].

Спинодальный распад происходит в ограниченной области концентраций растворов (спинодальная область), за границами которой механизм распада изменяется на МОРЗ. Поскольку термодинамический барьер для реакции внутри спинодальной области отсутствует, скорость распада определяется исключительно диффузией и может быть описана приближенным аналитическим решением общего уравнения диффузии.

Значительная часть металлических материалов, используемых в технике, получают методами, основанными на широком использовании явления распада. Свойства сплавов теснейшим образом связаны с их кристаллической и субмикрокристаллической структурами. Морфология структуры во многом определяется термодинамическими и кинетическими факторами, при которых идет распад [3].

При распаде твердых растворов сплавы могут приобретать новые, необходимые для инженерных приложений свойства, поэтому распад является составной частью практически любой химико-термомеханической обработки металлических материалов. Наиболее ценными качествами обладают, как правило, сплавы с очень тонкой неоднородностью – так называемые дисперсионно-твердеющие, или стареющие твердые растворы.

Явление распада широко применяется при обработке сталей и чугунов. Существует широкое разнообразие выделений цементита и других карбидов, определяющих множество физических свойств сплавов на основе железа. Его широко используют и при обработке сплавов на основе алюминия, титана и меди [9].

Одним из наиболее важных видов распада как для теоретического изучения, так и для практического использования является спинодальный распад. Спинодальный распад чаще всего встречается при быстром охлаждении или закалке с отпуском. Приведем несколько примеров спинодального распада, хорошо известных и широко применяемых в технике.

Цель исследования – рассмотреть спиноидальный распад.

Задачи:

— Изучить понятие спинодального распада.

— Рассмотреть модель Кана-Хиллиарда для спинодального распада.

— изучить фазовую диаграмму и основы согласованности.

Структура работы представлена введением, разделами, заключением и списком литературы.

Заключение:

Заключение

В работе рассмотрена термодинамическая теория и кинетика спинодального распада твердых растворов, приведены примеры распада твердых растворов в керамике и стеклах. Особое внимание будет уделено самоорганизованным пленочным метаматериалам, полученным в результате спинодального распада.

Спинодаль — линия или поверхность на фазовой диаграмме, которая отделяет область метастабильных состояний (фаз) от лабильных, т. е. абсолютно неустойчивых. Неустойчивая фаза самопроизвольно распадается на устойчивые. Это необратимый процесс, который определяется локальными флуктуациями концентраций компонентов смеси. Спинодальный распад отличается от распада метастабильных фаз тем, что последний связан с образованием зародышей, а первый происходит равномерно по всему материалу.

Спинодальный распад происходит в различных материалах — сплавах, стеклах, гелях, керамиках, жидких растворах и растворах полимеров. Пример — образование неоднородной смеси, имеющей мелкозернистую структуру, при резком охлаждении некоторых твердых растворов. Спинодальный распад в присутствии нанопор может использоваться для синтеза нанотрубок и наностержней.

Спинодальный распад может быть положен в основу создания метаматериалов, представляющих собой искусственные композиты со структурными ячейками, намного меньшими длины волны света, что позволяет регулировать оптико-электронные свойства материала. Такие материалы способны проявлять экзотические оптические свойства, в то числе отрицательное преломление, оптический магнетизм и гиперболическую дисперсию.

Первоначальная идея о спинодальном распаде, выдвинутая на примере жидких растворов Гиббсом в XIX в., длительное время рассматривалась в классических курсах термодинамики. Затем, когда с середины 20-х годов быстро распространилась теория кристаллизации путем образования и роста зародышей новой фазы, спинодальный распад был почти забыт.

В последние полтора десятилетия интерес к нему вновь возник, в частности, в связи с возможностью получения при термической обработке дисперсных продуктов распада, равномерно распределенных по объему сплава.

При температурах ниже спинодали однородное состояние высокотемпературной фазы абсолютно неустойчиво. Поэтому здесь процессы ее эволюции могут значительно отличатся от процессов, протекающих в критической области. Прежде всего, это связанно с большой неопределенностью в выборе равновесных и метастабильных состояний

Фрагмент текста работы:

1. Понятие спинодального распада

Спинодальное разложение представляет интерес с практической точки зрения, поскольку оно обеспечивает средство получения очень мелкодисперсной микроструктуры, которая может значительно улучшить физические свойства материала [2]. Множество примеров материалов в реальной практике требуют такого определенного разделения фаз. Одним из примеров являются пластиковые солнечные элементы (рис. 1), где C60 и полимерная фаза должны быть хорошо разделены, чтобы обеспечить отдельный перенос носителей заряда, таким образом минимизируя рекомбинацию заряда, но при этом сохраняя большой контакт на границе раздела, чтобы максимизировать фотоиндуцированное разделение заряда для получения свободных носителей заряда (электронов и дырок).), что, в свою очередь, требует однородных, очень мелкодисперсных микро- или даже наноразмерных структурированных фаз материалов n-типа и p-типа [12]. С этой целью, чем меньше сегрегация (длина волны, λ, как будет описано ниже), тем больше граница раздела и, следовательно, тем больше n-p-контакт, и, следовательно, тем эффективнее фотоиндуцированное разделение заряда (рис. 1).

Рисунок 1 — Пластиковое устройство для солнечных элементов, основанное на комбинированном соединении проводящего полимера и C60 [10]

В (а) как полимерные наносферы, так и фаза фуллерена предлагают просачивающиеся пути для переноса дырок и электронов соответственно