毛細效應(yīng)下熔融硅的潤濕性研究.pdf

1、近年來，隨著油價的不斷攀升以及人們環(huán)保意識的加強，太陽能電池產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。硅帶技術(shù)（橫向拉膜法等）憑借著其原料損耗低、拉升速率高、制備流程簡單等優(yōu)勢引起了人們的廣泛關(guān)注。為了使硅帶技術(shù)獲得更穩(wěn)定的生長環(huán)境，所制硅帶品質(zhì)更高、厚度精確可控，有必要對毛細效應(yīng)下熔融硅的潤濕特性進行研究。論文采用COMSOL軟件，結(jié)合實驗對熔融硅的潤濕過程進行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，介紹了表面自由能、Young-Laplace方程和Marango

2、ni效應(yīng)，分析了毛細效應(yīng)產(chǎn)生的原因以及不同階段液面高度的計算方式，為數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，建立了毛細模型，采用微流動兩相流水平集法模擬了熔融態(tài)硅液與垂直壁面的潤濕過程，以人造金剛石作為壁面材料的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較，驗證了該模型和模擬方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，分別選用碳化硅、石墨和人造金剛石作為壁面材料，探討了不同壁面材料表面張力和壁面粘附力對潤濕角的影響規(guī)律。結(jié)果表明，相同溫度下的毛細力作用使得熔融硅液出現(xiàn)起伏

3、上升現(xiàn)象;潤濕角均有不同程度的減小然后增大，最終趨于穩(wěn)定;初始階段，由于氣/熔融硅液表面張力與氣/壁面表面張力之差變化較大，液面起伏波動較大;隨后趨于穩(wěn)定上升。同時發(fā)現(xiàn)石墨作為壁面材料時，以上變化更易趨于穩(wěn)定。
　　然后，采用高溫高真空接觸角測量儀觀測了高溫真空條件下石墨表面硅的潤濕角，并且考察了表面粗糙度(Ra=0.721μm與Ra=0.134μm)、溫度(1737～1744K)、恒溫持續(xù)時間(10～30 s)對潤濕角的影響。模

4、擬了熔融硅液滴在光滑石墨表面的潤濕過程，通過對比試驗和模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同溫度下粗糙度為Ra=721μm石墨表面硅的潤濕角小于Ra=0.134μm石墨的潤濕角小于模擬值。石墨表面硅的潤濕角隨著粗糙度的增大而減小，不同粗糙度潤濕角的差值隨著溫度提升而縮小，所得結(jié)論與Wenzel理論一致。結(jié)合壓力、速度分布圖，分析了恒定溫度、毛細效應(yīng)下表面張力變化對潤濕過程的影響，結(jié)果表明，隨著時間的推移，固液交界處由表面張力產(chǎn)生的壓差逐漸減小，液滴鋪展過程