Нанокристаллическая структура расплавов

Abstract

Показано, что в расплаве вблизи кривой плавления может образовываться равновесная нанокристаллическая структура, состоящая из наноразмерных частиц низкотемпературной кристаллической фазы. Термодинамическая устойчивость наноструктуры обусловлена понижением свободной энергии, связанным с вращением наночастиц. Причиной спонтанного вращения наночастиц в среде является возрастание вращательной энтропии, которое сопровождает рост частоты вращения частиц и приводит к оптимизации параметров наноструктуры. Получено уравнение и найдено его решение, описывающие вращательное движение наночастиц в среде. Показано, что формирование большого количества хаотически ориентированных нанокристаллов вблизи кривой плавления может быть причиной образования аморфной фазы при охлаждении расплава.

Показано, що в розтопах поблизу кривої топлення може утворюватися рівноважна нанокристалічна структура, яка складається з нанорозмірних частинок низькотемпературної кристалічної фази. Термодинамічну стійкість наноструктури зумовлено зниженням вільної енергії внаслідок обертання наночастинок. Причиною спонтанного обертання наночастинок у середовищі є зростання обертальної ентропії, яке супроводжує ріст частоти обертання і приводить до оптимізації параметрів наноструктури. Одержано рівняння та його розв’язок, які описують обертальний рух наночастинок у середовищі. Показано, що формування великої кількости хаотично орієнтованих нанокристалів поблизу кривої топлення може бути причиною утворення аморфної фази при охолодженні розтопу.

As shown, in a melt near the melting temperature, the thermodynamically stable nanocrystalline structure can be formed. This structure consists of nanosize solid inclusions of the low-temperature phase. Thermodynamic stability of nanostructure is caused by decreasing of free energy due to the rotation of nanoparticles. The reason for the spontaneous rotation of nanoparticles in a medium is the increasing of the rotational entropy that accompanies the increasing of rotational frequencies of the nanoparticles. An equation describing the rotational motion of the nanoparticles in a medium is obtained and its solution is found. As shown, the formation of a large number of randomly oriented nanocrystals may be reason to form an amorphous phase upon cooling of the melt.