Введение
Кристалл, развивающийся с типичной многораздельной формой Кристалл дендрит - это кристалл, развивающийся с типичной многораздельной формой, напоминающий фрактал. Название происходит от древнегреческого слова , что означает "дерево", так как структура кристалла напоминает дерево. Эти кристаллы могут быть синтезированы с помощью сверхохлажденной чистой жидкости, однако они также довольно распространены в природе. Наиболее распространенными кристаллами в природе являются снежинки и мороз на окнах, но многие минералы и металлы также могут быть найдены в дендритных структурах.
A crystal dendrite is a crystal that develops with a typical multi branching form, resembling a fractal. The name comes from the Ancient Greek word , which means "tree", since the crystal's structure resembles that of a tree. These crystals can be synthesised by using a supercooled pure liquid, however they are also quite common in nature. The most common crystals in nature exhibit dendritic growth are snowflakes and frost on windows, but many minerals and metals can also be found in dendritic structures.
Принцип максимальной скорости
Первые дендритные узоры были обнаружены в палеонтологии и часто ошибочно принимаются за окаменелости из-за их внешнего вида. Первая теория создания этих моделей была опубликована Нэшем и Гликсманом в 1974 году, они использовали очень математический метод и получили нелинейное целоедифференциальное уравнение для классического роста иглы. Однако они нашли только неточные числовые решения близко к кончику иглы и обнаружили, что при данных условиях роста скорость кончика имеет уникальное максимальное значение. Это стало известно как принцип максимальной скорости (MVP), но было исключено Гликсманом и Нэшем очень быстро. В последующие два года Гликсман улучшил используемые численные методы, но не понял, что нелинейное целое дифференциальное уравнение не имеет математических решений, что делает его результаты бессмысленными.
Гипотеза предельной стабильности
Четыре года спустя, в 1978 году, Лангер и Мюллер Крумбахар предложили гипотезу о предельной стабильности (ГПС). В рамках этой гипотезы использовался параметр стабильности σ, который зависел от теплопроводности, поверхностного натяжения и радиуса кончика дендрита. Они утверждали, что система будет нестабильна при малых значениях σ, что приводит к образованию дендритов. Однако в то время Лангер и Мюллер Крумбахар не смогли получить критерий стабильности для определенных систем роста, что привело к отказу от теории ГПС.
Условие микроскопической растворимости
Десять лет спустя несколько групп исследователей вновь обратились к проблеме Нэша — Гликсмана, сосредоточившись на её упрощённых вариантах. В результате они обнаружили, что для изотропного поверхностного натяжения задача не имеет решений. Этот результат означал, что система с устойчивым решением для роста иглы обязательно должна обладать некоторым типом анизотропного поверхностного натяжения. Этот прорыв привёл к созданию теории микроскопических условий растворимости (MSC), однако эта теория оказалась несостоятельной, поскольку, хотя для изотропного поверхностного натяжения устойчивое решение невозможно, экспериментально было показано существование почти устойчивых решений, которые теория не предсказывала.
Макроскопическая модель континуума
В настоящее время наиболее полное понимание дендритных кристаллов достигается с помощью макроскопической модели континуума, которая рассматривает как твердую, так и жидкую фазы системы как непрерывные среды, а границу раздела – как поверхность. Эта модель опирается на микроскопическое строение материала и общее представление о зародышеобразовании для точного прогнозирования роста дендрита.
Строительство Вулфа
Для критика выше и ниже критической анизотропии конструкция Вулфа обеспечивает метод определения формы кристалла. В принципе, мы можем понять деформацию как попытку системы свести к минимуму область с наибольшей эффективной поверхностной энергией. В конце концов, стороны этого параболического конца также будут проявлять нестабильность, что придаст дендриту характерную форму.
Эксперимент НАСА в микрогравитации
Изотермальный эксперимент по дендритному росту (IDGE) был экспериментом по застыванию материалов, который исследователи использовали в космических шаттлах для исследования дендритного роста в среде, где эффект гравитации (конвекция в жидкости) может быть исключен. Экспериментальные результаты показали, что при более низком уровне сверхохлаждения (до 1,3 К) эти конвективные эффекты действительно значительны. По сравнению с ростом в условиях микрогравитации, скорость кончиков во время роста дендритов при нормальной гравитации была в несколько раз больше.