Сформулирован основной эволюционный маршрут твердого вещества, проанализированы его отдельные стадии (зарождение, рост частиц, агломерация, упорядочение, отклик на внешние воздействия и т. д.) <...> Флуктуации скорости роста и свойств укрупняющихся частиц . <...> Отклик твердого вещества на внешние воздействия . <...> Через «наносостояние» вещество проходит на ранней стадии эволюции, когда только что зародившиеся частицы еще не успели укрупнить ся настолько, чтобы выйти из нанометрового диапазона. <...> Эволюция твердого вещества — явление многостадийное и сложное. <...> В системах, где преобладают два вещества — фазообразующий макрокомпонент и растворитель, а остальные вещества присутст вуют в виде микропримесей, особую роль в эволюции играет кон центрация фазообразующего макрокомпонента в среде. <...> Темп эволюции В земных условиях наиболее распространены многостадийные эволюционные процессы, при которых в течение относительно ма лого интервала времени в некоторой области жидкости или газа со здается пересыщение, которое снимается в результате зарождения и роста твердых частиц. <...> При этом скорость образования кристаллов зависит от того, насколько пре вышена концентрация насыщения, т. е. каково пересыщение среды по отношению к данному веществу. <...> При одном и том же пересыщении среды частота присоединения к каждому кластеру увеличивается, а частота от рыва — уменьшается по мере укрупнения кластера. <...> Поэтому если пересыщение среды создается за короткий интервал времени, то после создания пересыщения в системе наблюдается инкубационный период фа зообразования, в течение которого в среде накапливается доста точное количество зародышей [4]. <...> Спонтанное упорядочение протекает мед ленно, так что почти все окружающие нас природные и техногенные твердые вещества находятся в неравновесном состоянии. аб в гд е (Т = 300 К, t = 5 с); б — частица с зародышами кристаллов (300 К, t = 10 c); в — продукт частичной кристаллизации <...>
Физико-химическая_эволюция_твердого_вещества.pdf
И. В. Мелихов
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ
ЭВОЛЮЦИЯ
ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА
5-е издание, электронное
Лаборатория знаний
2 0 2 1
Москва
Стр.2
УДК 54-16
ББК 24.5
М47
С е р и я о с н о в а н а в 2006 г.
Мелихов И. В.
М47 Физико-химическая эволюция твердого вещества / И. В. Мелихов.
— 5-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2021. — 312 с. — (Нанотехнологии). — Систем. требования: Adobe
Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-564-6
Книга, написанная специалистом в области исследования гетерогенных
процессов, посвящена проблеме, которая находится на стыке химии,
физики, материаловедения и современных высоких технологий (в том
числе нанотехнологии). Сформулирован основной эволюционный маршрут
твердого вещества, проанализированы его отдельные стадии (зарождение,
рост частиц, агломерация, упорядочение, отклик на внешние воздействия
и т. д.). Рассмотрены теоретические модели эволюционного процесса на
макро-, мезо- и микроуровне. Особое внимание уделено формированию
диссипативных структур и характерным чертам эволюции нанодисперсного
вещества. Книга хорошо иллюстрирована, содержит обширную библиографию.
интересов
связаны с синтезом или использованием твердых веществ,
а также для преподавателей, аспирантов и студентов химических и химикотехнологических
специальностей.
Для широкого круга специалистов, чьи области научных и практических
УДК 54-16
ББК 24.5
Деривативное издание на основе печатного аналога: Физико-химическая
эволюция твердого вещества / И. В. Мелихов. — М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2006. — 309 с. : ил. — (Нанотехнологии). — ISBN 5-94774-338-8.
Серия издается по инициативе ОАО
«Ангстрем-Центр НАНОТЕХ»
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-564-6
© Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
Оглавление
Предисловие .................................................................................................. 5
Глава 1. Введение ........................................................................................... 7
1.1. Предмет рассмотрения .................................................................. 7
1.2. Причины эволюции системы ..................................................... 10
1.3. Темп эволюции ............................................................................ 12
1.4. Принципы описания ................................................................... 13
1.5. Подходы к изучению элементарных актов эволюции ............... 15
1.6. К истории вопроса ...................................................................... 17
Литература ................................................................................... 18
Глава 2. Общая картина эволюции твердых веществ ................................... 19
2.1. Основной эволюционный маршрут ........................................... 19
2.2. Элементарные процессы при образовании вещества ................ 24
2.3. Стадийность эволюции вещества ............................................... 28
2.4. Самовоспроизведение твердых тел ............................................. 30
2.5. Отклик на изменение свойств среды .......................................... 32
2.6. Деградация вещества ................................................................... 35
Литература ................................................................................... 37
Глава 3. Стадия зарождения твердых тел ..................................................... 39
3.1. Создание пересыщения ............................................................... 39
3.2. Зарождение в газовой среде ........................................................ 44
3.3. Нуклеация в жидких средах ........................................................ 50
3.4. Зарождение на поверхности твердых тел ................................... 56
3.5. Механостимулирование зарождения и влияние радиации ....... 60
3.6. Вариабельность процесса зарождения ....................................... 61
Литература ................................................................................... 65
Глава 4. Рост частиц фазообразующего вещества ........................................ 68
4.1. Образование двумерных кластеров на поверхности частицы ...... 70
4.2. Флуктуации скорости роста и свойств
укрупняющихся частиц ............................................................... 73
4.3. Наследование объемом растущих кристаллов
состава приповерхностных слоев ............................................... 78
4.4. Молекулярный отбор при росте частиц ..................................... 84
4.5. Изменение формы и структуры частиц в процессе роста ......... 89
4.6. Движение растущих кристаллов ................................................. 94
Литература ................................................................................... 98
Глава 5. Стадия агломерации ...................................................................... 100
5.1. Элементарные акты агломерации ............................................. 102
5.2. Кинетика агломерации .............................................................. 109
5.3. Морфологический отбор упорядоченных агрегатов ................ 114
5.4. Стадийность агломерации и иерархические структуры .......... 119
Литература .................................................................................. 125
Стр.4
4
Физикохимическая эволюция твердого вещества
Глава 6. Спонтанное упорядочение вещества ............................................. 127
6.1. Упорядочение состава ............................................................... 127
6.2. Морфологическое упорядочение .............................................. 142
6.3. Ликвидация метастабильных фаз ............................................. 148
6.4. Общность и специфичность видов спонтанного
упорядочения ............................................................................. 157
Литература .................................................................................. 160
Глава 7. Отклик твердого вещества на внешние воздействия .................... 162
7.1. Изменчивость свойств вещества ............................................... 162
7.2. Отклик на термические воздействия ........................................ 165
7.3. Механические воздействия ....................................................... 179
7.4. Влияние изменений в химическом составе среды ................... 186
Литература .................................................................................. 199
Глава 8. Формирование диссипативных структур ...................................... 203
8.1. Скорости структурообразования и упорядочения системы .... 203
8.2. Гидродинамические структуры ................................................. 210
8.3. Диссипативные структуры при росте кристаллов ................... 215
8.4. Упорядочение системы при массовой кристаллизации .......... 222
8.5. Топохимические и адсорбционные структуры
на поверхности инородных тел ................................................. 225
8.6. Адгезионные структуры ............................................................ 227
Литература ................................................................................. 229
Глава 9. Теоретические модели эволюционного процесса .......................... 231
9.1. Экспериментальные основы теоретического описания .......... 231
9.2. Макрокинетическая модель переноса при фазообразовании .... 234
9.3. Мезокинетические модели ........................................................ 237
9.4. Моделирование некоторых элементарных процессов ............. 249
9.5. Подходы к микроскопическому описанию .............................. 263
9.6. Термодинамическая модель ...................................................... 267
9.7. Пребывание вещества в наносостоянии .................................. 272
Литература ................................................................................. 274
Глава 10. Особенности эволюции нанодисперсного вещества .................... 276
10.1. Условия перехода вещества в нанодисперсноесостояние ...... 276
10.2. Ограниченность времени пребывания вещества
в наносостоянии ....................................................................... 281
10.3. Вариабельность наносистем .................................................... 284
10.4. Спонтанное упорядочение частиц ........................................... 288
10.5. Усложнение и деградация наносистем .................................... 294
Литература .................................................................................. 296
Глава 11. Некоторые итоги ......................................................................... 298
11.1. Роль пересыщения .................................................................... 298
11.2. Вариабельность систем ............................................................ 301
11.3. Фазообразование как форма самоорганизации ...................... 305
11.4. Глобальный маршрут эволюции твердого вещества ............... 306
Литература ................................................................................. 309
Стр.5