Método de fluctuación capilar aplicado a interfaces móviles sólido-líquido: Dependencia de la temperatura de las...

Área de la Ciencia:

• Ciencia e Ingeniería de Materiales
• Química Física
• Ciencia Computacional de Materiales

Sus antecedentes:

• La predicción precisa de la evolución de la microestructura en metales requiere la comprensión de la termodinámica interfacial sólido-líquido en condiciones de subenfriamiento.
• Los datos cuantitativos sobre la dependencia de la temperatura y la anisotropía de la energía libre interfacial siguen siendo limitados, lo que dificulta las capacidades predictivas.

Objetivo del estudio:

• Extender el método de fluctuación capilar (CFM) para analizar interfaces sólido-líquido en movimiento durante la solidificación.
• Determinar la dependencia de la temperatura de la energía libre interfacial promedio (γ0) y las fortalezas de anisotropía (ϵ1, ϵ2) para aluminio puro (Al).
• Evaluar la aplicabilidad del CFM en condiciones de solidificación de no equilibrio.

Principales métodos:

• Se emplearon simulaciones de dinámica molecular para modelar la solidificación de Al puro subenfriado.
• Se rastrearon las posiciones instantáneas de la interfaz sólido-líquido durante la migración en estado estacionario.
• Se analizaron los espectros de fluctuación de la altura de la interfaz utilizando el método extendido de fluctuación capilar (CFM).

Principales resultados:

• El CFM analizó con éxito las interfaces en movimiento, mostrando una dependencia característica de k-2 en los espectros de fluctuación, lo que confirma la aplicabilidad en condiciones de no equilibrio.
• La energía libre interfacial promedio (γ0) aumentó con la disminución de la temperatura cerca del punto de fusión.
• Los parámetros de anisotropía mostraron una débil dependencia de la temperatura: ϵ1 se mantuvo constante, mientras que ϵ2 disminuyó con el aumento del subenfriamiento, lo que indica que ϵ1 domina la anisotropía en altos subenfriamientos.

Conclusiones:

• El método de fluctuación capilar es una técnica viable para cuantificar la termodinámica interfacial de interfaces en movimiento en sistemas subenfriados.
• Las dependencias de la temperatura determinadas de la energía libre interfacial y la anisotropía proporcionan datos críticos para la ciencia computacional de materiales.
• Los hallazgos ofrecen información sobre los factores que rigen la anisotropía interfacial en diferentes niveles de subenfriamiento.