We simulate directional solidification using a phase field model solved with an adaptive finite element method. For small surface tension anisotropy directed at 45 degree relative to the pulling direction, we have observed three types of morphology: Dendritic, seaweed, and cellular. The seaweed pattern is characterized by alternating tip splitting and the branches have no orientation preference. A crossover from the seaweed to dendritic morphology was noticed when lowering the thermal gradient, consistent with previous experimental findings. We also investigate the influence of anisotropy on the morphology. We find that the thermal gradient, pulling velocity, and anisotropy can determine the crystal morphology. We show that the morphology of crystal structures can be unambiguously characterized through the local interface velocity distribution. As the thermal gradient is lowered, large-velocity shoulders begin to appear in both transverse and growth directions, becoming progressively broader as clearly defined dendrites emerge. We derive semi-empirically an estimate for the crossover from seaweed to dendrite as a function of thermal gradient and pulling velocity, which agrees with our simulation results. The ratio of thermal length to diffusion length has a sharp "transition" at the crossover region. In the second part of the thesis, a single variable dynamic model(Model B) is proposed to study C60 ultra-thin film growth on the alkali halide substrate. A triple-well free energy is proposed to explain the coexistence of three layers. The middle well is metastable representing a single layer. We successfully recover "branched" and "compact" patterns for both deposition a / Nous simulons la solidification directionnelle en utilisant un modèle de champ de phase résolu avec la méthode d'élément fini adaptative. Pour la petite anisotropie de tension superficielle dirigée à 45 degree relativement à la direction de traction, nous avons observé trois sortes de morphologies de solidification: dendritique, algue et cellulaire. Le schéma sous forme d'algues est caractérisé par le bout alternatif se dédoublant et dont les branches n'ont aucune préférence d'orientation. Une transition du schéma d'algues vers un morphologie dendritique a été noté lorsque le gradient thermique est abaissé. Ceci est compatible avec les résultats expérimentaux précédents. Nous étudions également l'influence de l'anisotropie sur la morphologie de cristal. Nous prouvons que le gradient thermique, la vitesse de traction, et l'anisotropie peuvent déterminer la morphologie de cristal. Nous prouvons que la morphologie des structures cristallines peut être clairement caractérisée par la distribution locale de la vitesse d'interface. Pendant que le gradient thermique est abaissé, les épaules de grand-vitesse commencent à apparaître dans des directions transversales et de croissance, devenant progressivement plus large en tant que dendrites bien définies émergent. Nous dérivons semi empiriquement une approximation pour la transition du schéma d'algues vers le schéma des dendrites en fonction du gradient thermique et la vitesse de traction, ce qui est conforme à nos résultats de simulation. Le rapport de la longueur thermique à la longueur de diffusion est caractérisée par une forte "transition" dans la région de la transition. Dans la
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.32260 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Wang, Quanyong |
| Contributors | Martin Grant (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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