【摘 要】
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形核是自然界中普遍存在的一种现象,而且在科学技术中,尤其是大气物理、材料科学等领域中具有非常重要的现实意义。 从Gibbs关于凝结核的热力学理论算起,对形核的研究已有一
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形核是自然界中普遍存在的一种现象,而且在科学技术中,尤其是大气物理、材料科学等领域中具有非常重要的现实意义。 从Gibbs关于凝结核的热力学理论算起,对形核的研究已有一个多世纪的历史。在近几十年中,形核理论取得了非常大的进展。其中之一就是经典液体的密度泛函方法在形核中的应用。形核的密度泛函理论对经典形核理论的改进主要表现在对临界核的自由能的计算上,而形核速率的前置系数仍然使用的是经典形核理论的结果。因此,形核的密度泛函理论仍然依赖于一定的唯象假设。这也是该理论的主要不足之一。 为了弥补这一缺陷,本文尝试着将动力学密度泛函理论应用到对形核的研究当中,从而获得一完整的形核的密度泛函理论。本文首先利用动力学密度泛函理论研究了非均匀流体的运动——特别是固液界面的移动,获得了界面曲率以及界面附近化学势梯度与界面移动速率之间的关系。其结果与已有的唯象或半唯象理论定性地符合。由于在推导过程中没有做任何近似,所以该结果精确且具有普适性.通过对该方程的结构进行分析,可以获得关于界面运动的丰富信息.接着,本文将这些结果应用到对形核以及生长过程的研究当中.对生长过程的应用是直接的,因为颗粒的生长是界面运动的直接结果.然而,当研究形核过程时,还需考虑涨落的影响.通过对涨落的形式做一定半唯象的假设,得到了颗粒数分布随时间的变化服从的方程。由于涨落项的具体形式与方程的解无关,故可通过该方程的特殊解—平衡态时的颗粒数分布获得.而平衡态时的颗粒数分布则可用热力学的方法给出.通过求解该方程的稳定解,可获得形核速率服从的方程.在毛细近似下,这些结果能够部分地重现经典形核理论给出的结果。其差别只表现在动理学系数上。
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