化學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、氣體吸附以及機械性能，因此被應用到許多領域。目前，大規(guī)模生產碳納米管主要采用化學氣相沉積法（CVD法）。然而氣相沉積過程復雜，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。通過計算機對CVD法制備碳納米管過程進行模擬，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、化學反應等物理模型，建

2、立了化學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（CFD）方法對生產碳納米管初期碳源的獲取過程進行分析。探討了不同反應條件下對碳沉積率的影響以及噴嘴式CVD反應器內部結構組成對反應過程的影響。研究內容及結果主要如下：
　　(1)針對 CVD反應器內部進口氣體速率的改變對反應過程中碳沉積率影響進行分析，結果表明：隨著進口速率的增大，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反應器內部反應溫度的改變對反應過程中碳沉積率影響進行分析，結果表明：根據(jù)不同溫度下碳沉積率變化規(guī)律并結合碳納米管在不同溫度下的轉化率，推斷出最佳反應溫度是由該溫度下碳沉積量與該溫度下碳納米管轉化率兩者的乘積所決定的；
　　(3)針對 CVD反應器內部氣源供給量以及進口氣體溫度的改變對反應過程中碳沉積率影響進行分析，結果表明：隨著氣源供

4、給量以及進氣溫度的增大，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—碳沉積率以及進口氣體溫度—碳沉積率兩者之間的函數(shù)關系式。
　　(4)針對噴嘴式 CVD反應器結構的內部組成對碳沉積率的影響進行分析，將內部結構拆分為四種結構，觀察各結構之間的有無對反應過程的影響。結果表明：當反應結構沒有噴嘴時，增加芯片與否，對于物種分布的影響不大；當反應結構有噴嘴時，芯片對物種質量分布會產生一定的