Mesoscopic Nonequilibrium Kinetics of Nucleation Processes

Abstract

Esta tesis está dedicada al estudio de la cinética de la nucleación centrada en sus aspectos mesoscópicos y fuera equilibrio. Hemos desarrollado y presentado un marco teórico, basado en la Termodinámica Mesoscópica y de No Equilibrio (MNET), que garantiza una descripción flexible, bien fundamentada y conectada con las simulaciones de la dinámica de procesos fuera de equilibro, y en particular de la cinética de la nucleación.

Este marco se ha mostrado especialmente útil para desvelar las sutilezas mesoscópicas y las influencias potenciales del carácter de no equilibrio del proceso.

En particular, hemos analizado y resuelto algunos aspectos importantes y controvertidos en el ámbito de la nucleación, como son el Teorema de la Nucleación, donde hemos presentado una prueba termodinámica que ratifica su validez general; o la controversia que rodea a la incorporación de las contribuciones asociadas a los grados de libertad traslacionales y rotacionales, donde hemos incorporado por primera vez los efectos del movimiento y la rotación de los núcleos.

También hemos analizado la influencia que puede tener la dinámica y las inhomogeneidades del medio en el proceso de nucleación. En particular, hemos estudiado detalladamente dos situaciones de interés práctico y experimental, como son la nucleación en presencia de gradientes térmicos, y en presencia de flujos cortantes, comparando las predicciones teóricas con los experimentos.

Finalmente, también hemos señalado cómo se pueden incorporar estas influencias en las etapas avanzadas de la transición de fase, más allá de la etapa inicial de nucleación, lo cual permite una descripción más realista del proceso de cristalización.