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

1、隨著人們對納米材料研究的不斷深入，納米材料的應用領(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)保意識不斷增強的現(xiàn)實，因而對納米材料的可持續(xù)性研究的需求變得日漸迫切。
　　本文以低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)工藝制備納米TiO2薄膜為研究對象，從LPCVD工藝能耗物耗分析、生命周期環(huán)境影

2、響、生產(chǎn)能耗及碳排放預測三個方面對其進行了環(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狀態(tài)，并運用N-S方程建立了混合氣體在三個溫區(qū)的運動方程;根據(jù)薄膜生長基本理論，結(jié)合菲克擴散定律求得薄膜沉積進度函數(shù)表達式;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‰。當工

3、藝條件為(723K，500Pa)時，前驅(qū)體利用率最高;工藝條件為(623K，500Pa)時，能量利用率最高。其次，基于能耗物耗分析結(jié)果，運用LCA方法對納米TiO2薄膜進行了生命周期環(huán)境影響研究。研究分為兩個方面: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、標準化和加權(quán)處理后，得出全球變暖(GWP)、酸化(AP)、富營養(yǎng)化(EP)、光化學煙霧(POCP)、生態(tài)毒

4、性(ET)五項環(huán)境影響潛值，計算得出總環(huán)境影響負荷為0.024596人當量，其中對于全球變暖的影響最大;其二，對不同LPCVD工藝參數(shù)下制備的TiO2薄膜進行了生命周期環(huán)境影響對比，結(jié)果顯示，通過改變低壓化學沉積過程中的溫度和壓強，納米TiO2薄膜生命周期環(huán)境表現(xiàn)的差異程度能夠達到16.3％，當工藝條件為(673K，500Pa)時，環(huán)境影響負荷值最小。最后，以能耗物耗分析和LCA研究為基礎(chǔ)，用情景分析方法，設置了基準情景、理想情景和保守