Contents
1 Nucleation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 Phase Equilibria and Phase Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.2 Clausius–Clapeyron Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.3 The Principle of Detailed Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.2 Classical Nucleation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.2.1 Source of Fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.2.2 Nucleation Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Scaling Laws for Nucleation Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.4 Nucleation Work of Homogeneous Nucleation and
Heterogeneous Nucleation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Homogeneous Nucleation of Solutes from Supersaturated
Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 Nucleation of Two-Dimensional Solid Layers . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.2 Estimation of the Contact Angle of Alkane Melt on
Frozen Alkane Monolayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.3 Latent Heat of Surface Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4.4 Nucleation of Two-Dimensional (2D) Solid Layers . . . . . . 28
1.5 Tea Time Break: Nucleation in Capillary Phase
Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Experimental Methods for Determination of Nucleation Rates . . . . . 35
2.1 Constant Temperature Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Linear Cooling Ramp Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.2 Analysis in the Subcooling Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.3 Analysis in the Time Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
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1 Nucleation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 Phase Equilibria and Phase Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.2 Clausius–Clapeyron Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.3 The Principle of Detailed Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 Classical Nucleation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.1 Source of Fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.2 Nucleation Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Scaling Laws for Nucleation Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.4 Nucleation Work of Homogeneous Nucleation and
Heterogeneous Nucleation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Homogeneous Nucleation of Solutes from Supersaturated
Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 Nucleation of Two-Dimensional Solid Layers . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.2 Estimation of the Contact Angle of Alkane Melt on
Frozen Alkane Monolayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.3 Latent Heat of Surface Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4.4 Nucleation of Two-Dimensional (2D) Solid Layers . . . . . . 28
1.5 Tea Time Break: Nucleation in Capillary Phase
Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Experimental Methods for Determination of Nucleation Rates . . . . . 35
2.1 Constant Temperature Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Linear Cooling Ramp Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.2 Analysis in the Subcooling Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.3 Analysis in the Time Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
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