مدل‌سازی پدیده ذوب سطحی لایه به لایه صفحات کریستالوگرافی فلز مس

در تحقیق پیشرو برای بررسی پدیده ذوب سطحی صفحات متفاوت کریستالی فلزات، مدلی ترمودینامیکی در مثال فلز مس ارائه شده است. این مدل دربرگیرنده انرژی‌های سطحی فصل مشترک لایه‌های نازک فلز با گاز، سطح لایه ذوب شده با گاز و فصل مشترک جامد با مایع می‌باشد و در آن تاثیر انرژی سطحی لایه‌ها، تعداد لایه‌ها و نیز جهت‌گیری کریستالی لایه‌های فلزی بر روی استحاله ذوب مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با اعمال تاثیر انرژی و جهت‌گیری لایه‌های سطحی در تغییر مقدار انرژی آزاد گیبس دو فاز جامد (لایه‌های نازک) و مذاب فلز، دمای استحاله جامد به مایع برای لایه‌های نازک فلز مس محاسبه و تاثیر انرژی‌های سطحی در این پدیده در صفحات (100)، (110) و (111) محاسبه شده است. نتایج محاسبات نه تنها با پیش بینی تئوری‌ها و نتایج آزمایشگاهی مراجع دیگر مطابقت خوبی نشان می‌دهد، بلکه برای اولین بار روند ذوب لایه‌ها به صورت پیوسته از لایه‌های بسیار نازک (زیر nm 10) تا حجم فلز مس به کمک مدل حاضر قابل محاسبه و تحلیل می‌باشد.

In this research, in order to study the surface melting phenomena of metals for different crystallographic planes, we present a thermodynamic model on the example of copper. This model includes interfacial energies of thin layers of solid with gas, surface of melted layers with gas and interface between solid and liquid of metals. Moreover, the effect of surface energy of different planes, number of layers and crystallographic orientation of metallic layers on melting transformation was considered. Therefore, by applying the effect of energy and orientation of surface layers on the variation of Gibbs free energy value of solid phase (thin films) and molten metal, surface melting point for solid thin films has been evaluated. Furthermore the effect of surface energies of (100), (110) and (111) planes has been investigated. The results of our calculations show good agreement with experimental results and other theoretical predictions in literature. By using this model we are also able to calculate and analyze the melting phenomena of metallic thin films layer by layer from some nm scale up to thick (bulk metallic) cases.

ذوب سطحی ، استحاله ذوب ، انرژی فصل مشترک ، لایه‌های سطحی ، انرژی آزاد گیبس

Gibbs free energy ، Surface layers ، Melting transformation ، Surface melting ، Interfacial energies