高考申論題
107年
[材料工程] 物理冶金
第 三 題
從熱力學自由能的觀點，說明液相凝固中的非均質成核（heterogeneous nucleation）的條件及特質。（25 分）
📝 此題為申論題
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看到此題，首先應聯想「均質成核」與「非均質成核」的核心熱力學差異：非均質成核利用模壁或雜質提供部分表面能，大幅降低了成核的自由能障礙。答題時需列出 Young's Equation 與總自由能變化公式，推導出形狀因子 S(θ)，並利用自由能-半徑曲線圖（以文字詳述）來比較兩者的臨界半徑與活化能，最後條列式總結其物理特質與巨觀現象（如過冷度變小）。
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【破題】 液相凝固時，由於液相中普遍存在固體雜質、容器模壁或晶界等介面，這些既有介面能提供新相形成時所需的部分表面自由能，使成核的能量障礙大幅降低。此種依附於既有介面上發生的成核現象即為「非均質成核（Heterogeneous nucleation）」。 【論述】
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