保温层结构对感应加热制备太阳能级多晶硅影响的数值模拟研究

定向凝固技术是制备太阳能级多晶硅的主要制备技术.在该技术路线之中,优化多晶铸锭炉的热场结构和控制硅熔体的对流形态是获得高品质多晶硅的有效途径之一.本文设计了三种热场保温层,通过分析不同保温层下坩埚内硅熔体的热场、流场、固液界面、氧含量等的变化,确定了优化的保温层结构.研究发现,在传统固化碳毡保温层中引入石墨层可以使多晶炉内形成两个“热源”,提高多晶炉的热效率,使其能耗降低了38.5;;在洛伦兹力的作用下硅熔体中仅存在一个上下贯通的涡流,有利于硅中杂质原子的挥发.同时,添加石墨保温层后固液界面的形状由“W”状转变为凹状,其上的氧含量有所降低,并且V/Gn值在整个固液界面范围内均大于临界值,可以有效抑制氧沉淀.可见,在感应加热多晶硅生长系统中,采用固化碳毡+石墨保温层时,有利于降低多晶硅的生产成本并提高多晶硅的品质.     

原子间作用力对超临界CO_2-水界面张力影响的研究

咸水含水层是二氧化碳(CO_2)封存的主要地址储体,具有巨大的埋存潜力。当CO_2封存于咸水含水层时,CO_2的注入能耗及注入率在很大程度上取决于CO_2与地下含盐水之间的界面特性。本文应用分子动力学仿真的方法,分析了超临界CO_2和纯水界面系统中的分子间(内)作用力、分子的结构和virial等对界面张力(IFT)的影响。结果表明,分子间范德华力减小IFT,静电力、分子内的键拉伸和角力均增加IFT;水和水分子间的相互作用占主导地位,CO_2和CO_2以及水和CO_2间的作用影响较小;水和CO_2分子在界面处均成规则的有序排布,且CO_2分子平行于界面分布。     

石蜡填充碳纳米管复合材料的制备与界面传热性能研究

以石蜡和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料,苯为溶剂,采用真空渗透法制备了石蜡填充CNTs纳米胶囊复合材料,并设计了一个简易的热界面装置,对石蜡填充CNTs材料在电子设备热管理中的应用能力进行了测试。结果表明:石蜡成功填充到CNTs管内,且在CNTs管外基本没有残留的石蜡。在传热界面未涂抹二甲基硅油时,内外两侧最高温度的温差为4.7℃,而分别涂抹二甲基硅油、未经酸处理(20%)CNTs/二甲基硅油、酸处理后(20%)CNTs/二甲基硅油、(20%)石蜡填充CNTs/二甲基硅油时,其内外两侧最高温度的温差分别为3.8℃,3.1℃,3.1℃,2.2℃,说明将石蜡填充CNTs作为二甲基硅油中的散热填充物具有更好的散热效果,且增加了界面间的热反应速度和热稳定性。     

附加压力与分散系统的稳定性

较详细地讨论了附加压力与分散系统稳定性间的关系,指出分散相附加压力的降低是分散系统趋向稳定的根本原因。以乳状液为例,附加压力降低不仅减少了液滴间相互碰撞的概率,而且更重要的是,它与液滴表面形成牢固的保护膜密切相关。只有当液滴的附加压力趋近0时,分散系统才达到热力学上稳定的状态,此时乳状液已变成了微乳状液。上述讨论也基本适用于固/液分散系统。     

钼基体半径对金刚石膜残余热应力的影响

采用有限元方法分析了钼基体半径对金刚石膜残余应力的影响,得出了膜内径向应力、轴向应力、剪切应力分布的等值线图。结果表明:径向应力在膜内大部分区域为压应力,其最大值随着钼基体半径的增大而减小;轴向应力在金刚石膜的侧面边缘处出现了较大的拉应力,且其值随着半径的增大而增大,与此同时在侧面膜/基界面边缘处出现了明显的应力集中现象;剪切应力的最大值随着钼基体半径的增大而增大。此结论可以在金刚石膜制备过程中,对应力进行有效的控制提供一定的参考价值。     

磁力平衡悬梁式液体界面张力仪的研制

液体界面张力系数是液体的重要物性参数之一,实现液体界面张力系数的精确测量具有重要的应用价值,所以我们以吊环法为基础开发出一套新型液体界面张力仪,该型仪器借助杠杆原理,利用霍尔式位移传感器以及永磁/电磁复合磁悬浮技术,通过对一个单摆式悬梁悬浮状态的监测和控制,将作用于金属吊环上的拉力适度放大并反映为电磁线圈的工作电流,进而实现液体界面张力的电法精确测量.所设计的仪器结构简单、测量精确、重复性好.     

气体动理学方法对斜界面不稳定性实验的数值模拟

介绍了基于BGK模型(Bhatnagar-Gross-Krook)的气体动理学数值方法(Gas Kinetic Scheme,GKS),通过计算多组分激波管问题对以GKS方法实现的MBCD程序进行了验证,表明了在接触间断处产生的震荡非常小,网格收敛性好。在多组分问题求解时各组分满足同温和同速的假设条件下,利用该程序开展了Air/SF6斜界面不稳定性实验的数值模拟,得出了不同时刻SF6的密度分布图,并得到交界面宽度、斜界面左右端相对位置在激波穿过斜界面后的变化情况。通过与实验结果的比较可知,GKS方法和程序在网格数为1024×200和512×100时得到的交界面宽度与实验值的最大误差分别为6.1%和7.3%,可用于对界面不稳定性问题的计算。     

CO_2-甲醇和CO_2-乙醇体系的界面性质

在交叉缔合的均相状态方程的基础上,结合密度梯度理论(density gradient theory,DGT),建立了适用于CO2-甲醇和CO2-乙醇二元体系界面性质研究的状态方程,对CO2-乙醇体系表面张力的关联结果与实验值吻合良好.阐明了CO2分子与甲醇分子和乙醇分子之间的交叉缔合作用对二元体系表面张力计算结果的影响,以及界面相中CO2与醇羟基之间的交叉缔合与温度和压力之间的关系.     

微型锂离子电池及关键材料的研究

当前的微型低能耗电子设备以及微机电系统(MEMS)器件大都使用传统的体积较大的外接电源供能,这就限制了这些微型器件的发展和应用.通过设计集成微型电源并将其与这些微器件一体化,可构筑自主微器件系统.本文主要综述了本课题组开展的与微电子技术兼容的全固态微型锂离子电池的研究,包括LiCoO2正极薄膜材料、固态电解质-电极Li...