化學(xué)氣相沉積制備碳納米管的數(shù)值模擬.pdf

1、碳納米管因其具備的獨特電子、氣體吸附以及機(jī)械性能，因此被應(yīng)用到許多領(lǐng)域。目前，大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管主要采用化學(xué)氣相沉積法（CVD法）。然而氣相沉積過程復(fù)雜，對沉積速率影響的因素較多，利用傳統(tǒng)實驗方法優(yōu)化價格昂貴且費時。通過計算機(jī)對CVD法制備碳納米管過程進(jìn)行模擬，既可以縮短優(yōu)化工藝參數(shù)的周期、而且還能降低成本，并且對沉積過程有更深層次的了解，用實驗研究沉積過程有很大的幫助。
　　本文通過耦合流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等物理模型，建

2、立了化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管過程的二維模型。采用計算流體力學(xué)（CFD）方法對生產(chǎn)碳納米管初期碳源的獲取過程進(jìn)行分析。探討了不同反應(yīng)條件下對碳沉積率的影響以及噴嘴式CVD反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成對反應(yīng)過程的影響。研究內(nèi)容及結(jié)果主要如下：
　　(1)針對 CVD反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)口氣體速率的改變對反應(yīng)過程中碳沉積率影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明：隨著進(jìn)口速率的增大，各個階段的碳沉積率增長速率各不相同，速度范圍在0.5m/s-5.0m/s上的碳沉積率增長

3、速率是最高的，而當(dāng)速度大于5.0m/s，碳沉積率增長速率則趨于平緩；
　　(2)針對 CVD反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)溫度的改變對反應(yīng)過程中碳沉積率影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明：根據(jù)不同溫度下碳沉積率變化規(guī)律并結(jié)合碳納米管在不同溫度下的轉(zhuǎn)化率，推斷出最佳反應(yīng)溫度是由該溫度下碳沉積量與該溫度下碳納米管轉(zhuǎn)化率兩者的乘積所決定的；
　　(3)針對 CVD反應(yīng)器內(nèi)部氣源供給量以及進(jìn)口氣體溫度的改變對反應(yīng)過程中碳沉積率影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明：隨著氣源供

4、給量以及進(jìn)氣溫度的增大，碳沉積率均隨之而升高，并發(fā)現(xiàn)各個階段的碳沉積率增長速率近似相同，通過曲線擬合獲得了氣源供給量—碳沉積率以及進(jìn)口氣體溫度—碳沉積率兩者之間的函數(shù)關(guān)系式。
　　(4)針對噴嘴式 CVD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組成對碳沉積率的影響進(jìn)行分析，將內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆分為四種結(jié)構(gòu)，觀察各結(jié)構(gòu)之間的有無對反應(yīng)過程的影響。結(jié)果表明：當(dāng)反應(yīng)結(jié)構(gòu)沒有噴嘴時，增加芯片與否，對于物種分布的影響不大；當(dāng)反應(yīng)結(jié)構(gòu)有噴嘴時，芯片對物種質(zhì)量分布會產(chǎn)生一定的