Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cond-mat > arXiv:2508.18416

帮助 | 高级搜索

凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.18416 (cond-mat)
[提交于 2025年8月25日 ]

标题: 冻结铸造的相场模型

标题: Phase-Field Model of Freeze Casting

Authors:Kaihua Ji, Alain Karma
摘要: 定向凝固水基溶液已成为模板化分级多孔材料的一种多功能技术。 然而,模式形成的潜在机制仍未完全理解。 在本研究中,我们提出了一个定量相场模型的详细推导和分析,用于模拟这一非平衡过程。 该相场模型扩展了稀释二元合金凝固的薄界面公式,并引入了反捕获项,以纳入部分解理冰-水界面的高度各向异性的能量和动力学特性。 该界面在<0001>方向的基面上是解理的,在基面内的其他方向则是原子粗糙的。 在基面上,模型再现了可以与实验测量相关联的线性或非线性动力学关系。 在两种情况下,都观察到了凝固前沿的自发对称破缺,导致形成部分解理的冰层状结构,并沿<0001>方向之一横向漂移。 我们证明漂移速度由基面上的动力学控制,并随着扩散固液界面厚度的减小而收敛。 此外,我们研究了动力学各向异性的形式,这里选择的形式使得动力学系数的倒数从<0001>方向的有限值线性变化到基面内其他所有方向的零值。 我们的结果表明,冰层状结构的漂移速度不受该线性关系斜率的影响,且在相对较小的斜率值下,冰层状结构尖端的半径和过冷度趋于收敛。 因此,相场模拟在界面厚度和动力学各向异性形式中假设的计算可处理的选择下仍保持定量。
摘要: Directional solidification of water-based solutions has emerged as a versatile technique for templating hierarchical porous materials. However, the underlying mechanisms of pattern formation remain incompletely understood. In this work, we present a detailed derivation and analysis of a quantitative phase-field model for simulating this nonequilibrium process. The phase-field model extends the thin-interface formulation of dilute binary alloy solidification with anti-trapping to incorporate the highly anisotropic energetic and kinetic properties of the partially faceted ice-water interface. This interface is faceted in the basal plane normal to the <0001> directions and atomically rough in other directions within the basal plane. On the basal plane, the model reproduces a linear or nonlinear kinetic relationship that can be linked to experimental measurements. In both cases, spontaneous parity breaking of the solidification front is observed, leading to the formation of partially faceted ice lamellae that drift laterally in one of the <0001> directions. We demonstrate that the drifting velocity is controlled by the kinetics on the basal plane and converges as the thickness of the diffuse solid-liquid interface decreases. Furthermore, we examine the effect of the form of the kinetic anisotropy, which is chosen here such that the inverse of the kinetic coefficient varies linearly from a finite value in the <0001> directions to zero in all other directions within the basal plane. Our results indicate that the drifting velocity of ice lamellae is not affected by the slope of this linear relation, and the radius and undercooling at the tip of an ice lamella converge at relatively small slope values. Consequently, the phase-field simulations remain quantitative with computationally tractable choices of both the interface thickness and the slope assumed in the form of the kinetic anisotropy.
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2508.18416 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.18416v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.18416
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Kaihua Ji [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 8 月 25 日 19:04:45 UTC (5,039 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat.mtrl-sci
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-08
切换浏览方式为:
cond-mat
cond-mat.soft

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号