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結晶成長における非平衡性・異方性とメゾスケール形態予測シミュレーション

晶体生长中的非平衡/各向异性和介观形貌预测模拟

基本信息

批准号：
11750156
负责人：
中別府修
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

結晶の成長形には,ファセット状やデンドライト状などいろいろな形態があり,その複雑かつ秩序ある形態の形成機構は,温度・濃度場,形態と過冷度の関係,異方性,非平衡性を考慮し大規模な数値計算(フェーズフィールドモデル,PFM)を行うことで解明されつつある.本研究では,実在物質の結晶成長形態を説明,予測するために,実験的に凝固界面の熱的・組織的過冷度,結晶の成長方向と凝固速度の関係(界面カイネティクス)を精密に計測し,非平衡性・異方性を数値化し,この新しい物性値を利用したPFM計算を行った.結晶の成長速度を実測するには,移動式,および温度可変式の方向性凝固装置を製作し,界面過冷度が大きなザロール等のファセット凝固を示す物質から,界面過冷度の小さなスクシノニトリル,水等のノンファセット凝固を示す物質まで計測を行った。結果として,単位界面過冷度当りの結晶成長速度として,ザロールでは,<100>方向に5.28μm/s・K,<101>方向に1.80μm/s・Kの値が測定され,水では<0001>方向に71μm/s・K,<1120>方向に380μm/s・Kの値が測定された。特定の結晶方位に対して実測された成長速度を元に,結晶の対称性と結晶面内の分子数と成長速度の関係を考慮し,方位と成長速度の関係をモデル化し,PFMによる結晶成長シミュレーションを行った。二次元結晶成長シミュレーションの結果,ザロールを模擬したケースでは,実在結晶と同様のファセット凝固が再現され,また,水のc軸を含む面内の結晶成長を模擬したケースでは,A軸方向に優勢に成長が進むファセット状の凝固様式が再現された。c軸に垂直な面内のシミュレーションでは,6回対称性を持つ強度5%の異方性を導入した場合に,実在結晶の特徴を示すシミュレーション結果が得られた。本研究により,界面カイネティクス情報を何らかの手段により特定することで,PFM等によるシミュレーションで,結晶成長を予測可能であることが示された。

The growth shape of the crystal is the shape of the crystal, the shape of the crystal is the order of the order. The formation mechanism of the morphology, the relationship between the temperature and concentration field, the morphology and the degree of supercooling, the anisotropy and the non-equilibrium, and the large-scale data The calculation of the value (PFM) is based on the calculation of the value and the explanation of the value. This study is based on the material. Explanation of the quality of the crystal growth morphology, prediction of the crystal growth pattern, the heat of the solidification interface, the supercooling of the structure, and the crystal growth direction The relationship between the solidification speed and the solidification speed (interface カイネティクス) is a precise measurement, and the non-equilibrium and anisotropy are numerical values. New physical properties were calculated using PFM. Crystal growth rate was measured using PFM, mobile, and temperature. The directional solidification device of the adjustable type can be produced, and the interface supercooling degree is large, and the solidification material of the interface supercooling can be displayed. , the interface supercooling degree is small, the water is solidified, and the material is measured and measured. The result is that the unit interface supercooling degree is 5.28 μm/s・K in the <100> direction and 1.8 in the <101> direction. 0μm/s・Kの値がmeasurementされ, waterでは<0001> directionに71μm/s・K, <1120> directionに380μm/s・Kの値がmeasurementされた. The specific crystal orientation is determined by the growth rate of the crystal, the symmetry of the crystal, the number of molecules in the crystal plane, and the growth rate. The system is considered, the relationship between the orientation and the growth rate is をモデル化し, and the PFM is a crystal growth system. Two-dimensional crystal growth シミュレーションの results, ザロールを simulationしたケースでは,実 in the crystallization and 様のファセット solidification がReappearance され,また, Water's c-axis を contains む in-plane crystal growth を simulation したケースでは, A-axis direction に advantage に growth がむファセット-shaped の solidification 様 type が reproduction された. The c-axis is perpendicular to the in-plane in-plane symmetry, and the 6-turn symmetry maintains the strength of 5%. The nature of the introduction is the occasion, and the result of the crystallization is the result. This research is done, the interface is designed to be specific, PFM can be used to predict the growth of crystals.