RF-PCVD法制備納米Tio-成核長大過程及粒徑分布的數(shù)值模擬研究.pdf

1、射頻等離子體氣相沉積法(Radio-Frequency plasma chemical vapordeposition，RF—PCVD)能夠制各出分散性好、粒度分布窄、純度高等特點的納米粉體，尤其適合于需要在高溫下合成的耐熱及金屬材料，如氧化物(TiO2、WO3)、碳化物(TiC)、氮化物(TiN)等新型納米材料。其中TiO2作為一種重要的化工原料，目前在能源、化工、半導體材料、光催化材料、精細陶瓷等方面都有廣泛應用。在納米粉體的研制領

2、域，大多僅限于通過對工藝條件的選擇及設備的改進等方法來勉強實現(xiàn)工藝目標，因此對制備過程做系統(tǒng)理論研究，以實現(xiàn)對納米粉體粒徑、粒度分布及晶型的控制和設計，具有重要的理論價值。本文以TiCl4氧化反應合成TiO2為研究對象，通過對反應器內的溫度場、流動場與成核長大過程的初步過程化研究，擬為RF-PCVD法制各納米微晶材料的理論研究奠定基礎。
　　 本研究針對RF-Plasma反應器提出合理假設，將反應器簡化為二維穩(wěn)態(tài)軸對稱柱狀反應器

3、模型，考慮了反應器內的流動狀態(tài)，通過能量傳遞方程得到RF-Plasma反應器內溫度分布的二階非線性偏微分方程，在Matlab中采用Crank-Nicholson有限差分格式編制程序進行求解，得到反應器內溫度分布的數(shù)值解；反應器內納米粒子的成核長大過程以均相成核的碰撞長大理論為依據(jù)，通過合理假設得到納米粒子成核長大的一階非線性常微分方程，采用四五階Rtmge—Kutta法沿選定的流線進行求解；通過沿選定流線求得的成核長大結果擬合出反應器內

4、粒子粒徑隨徑向距離的變化曲線，結合反應器模型采用離散的方法統(tǒng)計并擬合出納米粒子的粒度分布情況，計算出納米粒子的平均粒徑。在不同的進料濃度條件下，將模擬結果與實驗結果相比較，可以得出結論：
　　 (1)在平均粒徑數(shù)值和變化趨勢方面，模擬結果與實驗結果相一致。當進料濃度分別為0．0657 mol／m3、0.266 mol／m3和0．356 mol／m3時，模擬平均粒徑分別為27.38 nm、48．78 nm和54．85 nm，實驗平

5、均粒徑分別為25．0nm、45．0nm和50.0nm。在相同條件下模擬與實驗的粒度分布結果比較接近，且隨著初始濃度的增大，模擬與實驗的粒度分布范圍均變寬，變化趨勢相一致。故可以認為該模型能夠較好的預測RF-PCVD法制各納米TiO2粒子的平均粒徑及粒徑分布。
　　 (2)模型中流動狀態(tài)和濃度分布過于理想，對于最終的模擬粒度分布與實驗結果還存在一定的差距?？紤]反應器內的實際流動狀態(tài)、傳質因素和完善成核長大過程動力學方程將是完善模型