微波加熱具有快速、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),備受全球矚目,微波合成SiC是材料合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,盡管已有大量的實(shí)驗(yàn)研究,但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,微波合成SiC過(guò)程仍存在諸多問(wèn)題:電場(chǎng)分布不清楚影響加熱穩(wěn)定性,限制了微波技術(shù)推廣;加熱過(guò)程中材料熱效應(yīng)不清晰,微波加熱機(jī)理不系統(tǒng);原子反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程復(fù)雜,SiC晶體生長(zhǎng)不可控。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的高速發(fā)展和日趨成熟,研究者們開(kāi)發(fā)出一系列的模擬軟件,成功應(yīng)用于材料合成等領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)模擬基于理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),克服了實(shí)驗(yàn)條件的苛刻性和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的嚴(yán)酷性,并且能夠有效解讀黑匣子式實(shí)驗(yàn)過(guò)程,分析物理化學(xué)機(jī)制。文中使用多物理場(chǎng)耦合仿真軟件COMSOL模擬出了不同諧振模式下諧振腔中的電場(chǎng)分布,研究了樣品位置和數(shù)量引起的電場(chǎng)變化規(guī)律;并模擬了樣品的升溫過(guò)程,顯示了內(nèi)部溫場(chǎng)分布,分析了熱效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理;最后通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件Materials Studio中的CASTEP模塊模擬研究了碳原子擴(kuò)散的影響因素。模擬結(jié)果表明:諧振腔長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),對(duì)應(yīng)不同模式下的電磁諧振度最高,諧振腔中心位置處電磁諧振均勻性最好,C在中心位置的溫度場(chǎng)最有利于SiC的合成...

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 微波合成SiC的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 理論計(jì)算現(xiàn)狀
    1.3 微波加熱及數(shù)值計(jì)算方法
        1.3.1 微波加熱的特點(diǎn)
        1.3.2 微波加熱原理
        1.3.3 有限元法
        1.3.4 邊界元法
        1.3.5 有限差分法
    1.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法
        1.4.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件
        1.4.2 MaterialsStudio軟件在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用
    1.5 第一性原理和CASTEP模塊理論
        1.5.1 絕熱近似
        1.5.2 單電子近似
        1.5.3 密度泛函理論
        1.5.4 CASTEP模塊理論
    1.6 選題目的及意義
    1.7 課題的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
        1.7.1 課題的主要內(nèi)容
        1.7.2 課題的創(chuàng)新點(diǎn)
2 微波諧振模式對(duì)電場(chǎng)分布的影響
    2.1 矩形波導(dǎo)
    2.2 微波諧振腔
    2.3 矩形波導(dǎo)諧振腔內(nèi)電場(chǎng)分布模擬
        2.3.1 不同位置處C的電場(chǎng)分布
        2.3.2 不同位置的C對(duì)樣品外部電場(chǎng)的影響
        2.3.3 樣品數(shù)量對(duì)電場(chǎng)分布的影響
3 SiC合成過(guò)程中材料內(nèi)部溫場(chǎng)分布
    3.1 微波熱耦合控制方程
    3.2 微波加熱碳的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬
        3.2.1 建模及參數(shù)設(shè)置
        3.2.2 碳的溫度變化過(guò)程及微波損耗特征
        3.2.3 碳的介電損耗與電導(dǎo)損耗的變化特性
    3.3 模擬分析微波熱效應(yīng)的影響因素
        3.3.1 復(fù)介電常數(shù)的影響
        3.3.2 電導(dǎo)率的影響
        3.3.3 微波輸入功率的影響
        3.3.4 保溫結(jié)構(gòu)的影響
        3.3.5 雜質(zhì)的影響
        3.3.6 加熱時(shí)間的影響
4 微波場(chǎng)中原子擴(kuò)散增強(qiáng)機(jī)制模擬
    4.1 碳的電場(chǎng)強(qiáng)化機(jī)制模擬
    4.2 模擬分析碳原子擴(kuò)散增強(qiáng)的影響因素
        4.2.1 電場(chǎng)作用下石墨超晶胞的分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程模擬
        4.2.2 空位對(duì)C原子擴(kuò)散的影響
        4.2.3 S原子摻雜對(duì)C原子擴(kuò)散的影響
5 結(jié)論和展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3778253