常压MOCVD法生长高质量GaAs薄膜的研究

本文采用三甲基镓(TMG)和砷烷(AsH_3)作为源气体,用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)在常压600～750°的温度范围内进行了GaAs薄膜的生长。研究了源气体流量和衬底温度对生长速率的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱和Vanderauw法测量表明,这套系统生长的GaAs薄膜具有很高的质量。     

GaInP薄膜的金属有机化学气相沉积生长动力学多尺度模拟

Ⅲ-V族化合物GaInP是一种高效发光材料.金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）技术能均匀生长多结、多层和大面积的薄膜材料,是一种非常有效的方法.通过分别运用计算流体力学、动力学蒙特卡罗方法与虚拟现实技术相结合,提出了一个研究垂直MOCVD反应器的GaInP薄膜生长过程的流体动力学、热力学和分子动力学多尺度模拟方法.可视化结果不仅准确和直观的显示了MOCVD反应器里的气体热流场分布情况,而且展示了MOCVD反应器中的GaInP薄膜生长过程.因此,该模拟为我们优化GaInP的MOCVD生长提供了一个重要指导.     

等离子体MOCVD法制备纳米Al2O3粉末及其表征

讨论等离子体有机金属化学气相沉积(MOCVD)法制备纳米Al2O3粉末,同时研究了反应温度、压力、TMA浓度和反应气体(CO2和O2)等制备条件对Al2O3结构性能的影响.试验结果表明,压力增加有利于纳米Al2O3制备.在压力为5.3 kPa、温度为1 000 ℃下,采用MOCVD法可以制备平均直径为2.5 nm的Al2O3粉末.而压力从5.3 kPa增加到100 kPa 时,Al2O3颗粒平均直径从2.5 nm增加到10 nm.温度升高可以促使纳米Al2O3合成.通过透射电镜(TEM)观测到Al2O3粉末为球形.X射线衍射分析(XRD)表明,在温度高于400 ℃时,Al2O3粉末为典型的γ-Al2O3结晶态.     

自持金刚石厚膜上沉积N掺杂ZnO薄膜的生长及电学特性

采用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)两步生长法在自持化学气相沉积(CVD)金刚石厚膜的成核面上制备ZnO薄膜, 并研究了薄膜的生长特性和电学特性. 结果表明, 在基片温度为600 ℃时沉积得到的ZnO薄膜表面均匀, 取向较一致, 为c轴取向生长. 其载流子迁移率为3.79 cm²/(V·s).      

MOCVD多晶GaAs的生长与分析

用MOCVD技术在无定形绝缘衬底上生长了多晶GaAs薄膜,并对其进行了TEM,X-射线衍射,AES和ESCA等多种分析。结果表明,用MOCVD技术可以在无定形衬底上生长大面积的多晶GaAs薄膜,其表面光亮平坦,结构致密均匀,保持GaAs的化学计量。     

氯化钛白氧化反应器壁结疤机理

利用预燃烧直管反应器,研究氯化钛白氧化反应器内的结疤机理。氧化反应器内结疤支要起因子氧化过程生成的超细TiO2颗粒在反应器壁的沉积和烧结,反应器壁面温度越高结疤速率越快。当反应器壁面温度较低时,靠近壁面为ＴiO2颗粒堆结层,而告气体相主体的疤层发生了部分烧结。反应温度升高、反应物浓度增大时,结疤速度增大;壁面状态对结疤速率影响不大。     

DBD-PECVD法制备高疏水性氟碳聚合物(a-C:F)薄膜的研究

以C4F8为放电气体,利用介质阻挡放电化学气相沉积(DBD-PECVD)法制备了氟碳聚合物(a-C:F)薄膜.使用FTIR、AFM、接触角测量仪、台阶仪对a-C:F薄膜进行了表征,研究了放电压力及沉积时间对a-C:F薄膜的沉积速率、均方根表面粗糙度(RMS)和a-C:F薄膜疏水性的影响.实验结果表明,薄膜的沉积速率随放电压力的升高而增大,最大值为193 nm·min-1;当放电压力较低时,薄膜的RMS值小于1.0 nm;放电压力较高时,薄膜的RMS值大于100 nm.无论是改变放电压力还是沉积时间,a-C:F薄膜均表现出很强的疏水特性,最大接触角(以普通滤纸为基底)可达137°.a-C:F薄膜的表面粗糙度是影响a-C:F薄膜疏水性的重要因素.     

金属有机化学气相沉积反应室磁场数值分析

针对金属有机化学气相沉积(MOVCD)反应室中因感生电流的集肤效应而导致衬底温度分布不均匀,从而影响生长薄膜质量的问题,通过对电磁加热式MOCVD反应室建立数值仿真模型,分析电流强度和电流频率对磁场分布和焦耳热分布的影响,同时对不同材料组成的基座结构中的磁场分布和焦耳热分布进行研究。结果表明:磁场分布和焦耳热分布不随电流强度的改变而改变,但磁场和焦耳热的数值与电流强度成正比;磁场分布、焦耳热分布和数值随着电流频率的变化而变化,数值与电流频率成正比,且随着电流频率的增大,趋肤效应越明显;改变组成基座的材料组成可以改变基座中焦耳热分布,从而提高衬底温度分布的均匀性。     

用MOCVD法制备TiO2薄膜

用低压MOCVD法，以四异丙纯钛为源物质，高纯氮气作为载气，氧气为反应气体，制备出了TiO2薄膜，考察出了沉积温度，基片距离均对沉积速率有影响，发现在不同反应条件下TiO2薄膜生长行为受动力学控制或受扩散控制。     

沉积温度对GaAs薄膜微观结构的影响

为探讨沉积温度对GaAs薄膜外延生长过程中微观结构的影响,运用分子动力学方法模拟不同沉积温度时的GaAs薄膜外延生长过程.结果表明:在温度低于800 K时,沉积薄膜的晶格完整度和临界外延生长厚度随沉积温度的升高而增加;当沉积温度在800～1500 K时,晶格完整度随沉积温度的升高变化较为平缓,但此时薄膜中仍含有一定的点缺陷.随着温度的升高,点缺陷逐渐减少.As2的吸附率对温度的变化较为敏感,当沉积温度高于800 K时,As2开始脱吸,致使沉积薄膜中As原子比例随沉积温度的升高而降低.在整个沉积过程中,Ga的吸附率较为稳定,在温度低于1000K时,其吸附率几乎为100%;在1000 K时,Ga逐渐发生少量脱吸;在温度高于1400 K时,Ga才发生明显脱吸.     

水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点，被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展，综述了不同操作参数（气体温度、流向及流量，溶液流量、温度及浓度，内部媒介流量及温度等）与结构参数（管径、管间距等）对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律，以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律，包括整体性能和局部微细特征，为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。     

操作参数耦合对质子交换膜燃料电池性能影响的模拟研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)不受卡诺循环限制,能量转换效率高,被认为是最有潜力的绿色能源转换装置之一。为了最大程度地发挥燃料电池运行时的潜能,对操作参数控制的优化和研究变得至关重要。使用ANSYS/FLUENT建立了一个采用多平行蛇形流道的三维质子交换膜单体模型,开展不同操作压力(101.325、202.65、303.975 kPa)、进口温度(300、330 K)和散热率[5、40、60 W/(m~2·K)]下的性能变化模拟计算,分析不同操作参数及各参数耦合对燃料电池性能的影响。研究结果表明:各操作参数对燃料电池电流密度和温度的变化和分布情况均有显著影响;燃料电池性能在一定程度上随着散热率、操作压力及其进口温度的增加而升高,随工作电压的增加而下降;当工作电压为0.9 V时,电压对燃料电池性能的影响占据支配地位;当电压为0.5 V、散热率为60 W/(m~2·K)、操作压力为303.975 kPa时,电流密度最大,达到0.81 A/m~2。     

氩氢摩尔比对直流电弧等离子体喷射法等离子体放电特征影响的计算

假定氩-氢等离子体处于局部热力学平衡状态,利用理想气体分子运动论和经典查普曼-恩斯科格( Chapman-Enskog)方法,在获取符合直流电弧等离子体喷射法实际工况的等离子体热力学和输运参数的基础上,基于FLUENT软件进行二次开发,添加电磁场相关的电流连续方程、安培定律等方程及洛伦兹力、焦耳热等源项,模拟研究氩氢摩尔比对等离子体放电特征影响规律。结果表明：在气压为8 kPa,工作电流150 A,氩氢摩尔比由3：1降至1：3时,等离子体最大流速由829 m· s-1增至1127 m·s-1,最高温度由20600 K逐渐降低至16800 K,电弧对基体的加热能力逐渐增强的同时使基体表面温度均匀性变差。在其他条件不变的前提下,氩氢摩尔比为1：2时能获得适宜金刚石生长且相对均匀的基体表面温度。     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

不同扰流内构件强化管式反应器传质性能的研究

采用NaOH-CO₂-H₂O体系,研究了4种不同扰流内构件及其组合型式对管式反应器传质性能的影响。以气相体积总传质系数KGaV作为衡量传质效果的评价指标,考察了液体流量L、气体流量G、不同扰流内构件及其组合型式对K_Ga_V的影响。结果表明,K_Ga_V随着液体流量增大而提高,气体流量的变化对K_Ga_V的影响较小;中心扰流内构件和管壁扰流内构件的加入,有效地提高了管式反应器的K_Ga_V;与空管相比,中心扰流内构件加入后管式反应器的K_Ga_V提高了8%~47%,管壁扰流内构件加入后K_Ga_V提高了15%~46%,中心与管壁组合扰流内构件加入后K_Ga_V提高了19%~65%;通过比较4种扰流内构件对K_Ga_V的影响可知,U型叶扇的传质强化效果最好,平面叶片的传质强化效果最差。     

开式系统中水膜闪蒸换热特性的实验研究

针对开式系统中水膜闪蒸的换热特性进行了实验研究.实验参数选择如下:循环水过热度为1~15 K;闪蒸室压力分别为20.4、30.2、47.4 kPa;水膜厚度分别为100和300 mm;循环水流量分别为0.028、0.056、0.083 kg/s.实验结果表明:闪蒸换热系数的变化范围为60~140 kW/(m2.K),并随过热度的增大而减小,随闪蒸室内饱和压力的升高而增大,随水膜厚度的增大而减小.根据实验结果,基于闪蒸过程类似核态沸腾,给出了换热系数与各影响参数之间关系的实验关联式,与实验结果的误差小于27%.     

钯复合膜反应器中异丁烷脱氢反应的数学模拟

对化学反应与膜分离的动态过程进行了关联,建立并求解了一维数学模型,根据异相烷脱氢反应速率方程和膜反应器模型对反应器中的异丁烷脱氢反应进行了具体分析,模拟了操作条件（反应温度、原料气空速、吹扫气流量、原料气组成和原料气村力）对异丁烷转化率增量的影响,模拟值与实验值相比较,在数值上虽有一定的偏差,但与实验结果基本一致。     

MOCVD化学反应路径分析及数值模拟

针对GaN薄膜沉积过程中涉及到的复杂的化学反应,依据GaN沉积的4个基本要素,提出MMG是GaN薄膜沉积的主要反应前体,并在TMG的气相分解路径中引入NH2基团.通过对表面反应机理的分析,提出了4条简化的表面反应路径.利用上述反应路径,对典型的垂直式MOCVD反应器进行CFD模拟.结果表明,采用作者提出的反应路径所获得的GaN沉积速率与文献中的实验数据基本吻合.     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.