LPCVD法制備納米TiO2薄膜的環(huán)境可持續(xù)性研究.pdf

1、隨著人們對(duì)納米材料研究的不斷深入，納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到各行各業(yè)。但是納米材料制造階段一直存在著高能耗、低利用率和污染等問題，這違背了自然資源日益匱乏和人類環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)，因而對(duì)納米材料的可持續(xù)性研究的需求變得日漸迫切。
　　本文以低壓化學(xué)氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)工藝制備納米TiO2薄膜為研究對(duì)象，從LPCVD工藝能耗物耗分析、生命周期環(huán)境影

2、響、生產(chǎn)能耗及碳排放預(yù)測(cè)三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了環(huán)境可持續(xù)性研究。首先，根據(jù)流體基本理論，分析了LPCVD制備納米TiO2薄膜過程中的氣體的流動(dòng)狀態(tài)，并運(yùn)用N-S方程建立了混合氣體在三個(gè)溫區(qū)的運(yùn)動(dòng)方程;根據(jù)薄膜生長(zhǎng)基本理論，結(jié)合菲克擴(kuò)散定律求得薄膜沉積進(jìn)度函數(shù)表達(dá)式;根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，分析薄膜制備過程中的質(zhì)量和能量流向，求出前驅(qū)體利用率和能量利用率。結(jié)果顯示，LPCVD工藝過程中前驅(qū)體利用率小于1％，能量利用率小于0.1‰。當(dāng)工

3、藝條件為(723K，500Pa)時(shí)，前驅(qū)體利用率最高;工藝條件為(623K，500Pa)時(shí)，能量利用率最高。其次，基于能耗物耗分析結(jié)果，運(yùn)用LCA方法對(duì)納米TiO2薄膜進(jìn)行了生命周期環(huán)境影響研究。研究分為兩個(gè)方面:其一，選取0.1mol納米TiO2薄膜材料為功能單元，分析匯總了生命周期過程中資源、能源消耗與環(huán)境排放數(shù)據(jù)，經(jīng)過特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)處理后，得出全球變暖(GWP)、酸化(AP)、富營(yíng)養(yǎng)化(EP)、光化學(xué)煙霧(POCP)、生態(tài)毒

4、性(ET)五項(xiàng)環(huán)境影響潛值，計(jì)算得出總環(huán)境影響負(fù)荷為0.024596人當(dāng)量，其中對(duì)于全球變暖的影響最大;其二，對(duì)不同LPCVD工藝參數(shù)下制備的TiO2薄膜進(jìn)行了生命周期環(huán)境影響對(duì)比，結(jié)果顯示，通過改變低壓化學(xué)沉積過程中的溫度和壓強(qiáng)，納米TiO2薄膜生命周期環(huán)境表現(xiàn)的差異程度能夠達(dá)到16.3％，當(dāng)工藝條件為(673K，500Pa)時(shí)，環(huán)境影響負(fù)荷值最小。最后，以能耗物耗分析和LCA研究為基礎(chǔ)，用情景分析方法，設(shè)置了基準(zhǔn)情景、理想情景和保守