【摘要】：納米實(shí)驗(yàn)裝置在核物理,原子分子物理,生物物理等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。磁控濺射團(tuán)簇源和空氣動力學(xué)透鏡是隨著納米技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置。本人是蘭州大學(xué)和德國弗萊堡大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生,在利用德國弗萊堡大學(xué)磁控濺射團(tuán)簇源進(jìn)行相關(guān)研究過程中,發(fā)現(xiàn)該裝置存在一些不足�；诖�,本論文進(jìn)行了相關(guān)模擬研究,核心內(nèi)容是磁控濺射團(tuán)簇源的理論研究以及空氣動力學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)與評估。主要研究的內(nèi)容如下:1.利用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)方法,研究磁控濺射管中入射氣流方向?qū)F(tuán)簇軌跡的影響。結(jié)果表明布朗運(yùn)動嚴(yán)重干擾粒子在磁控濺射管的運(yùn)動,角度為90°時(shí),團(tuán)簇的通過率最大,團(tuán)簇的通過率隨著粒子尺寸的增大而增大。2.利用CFD方法模擬團(tuán)簇在冷凝腔的軌跡。粒子所受之力為氣體的阻力和布朗力。在軸對稱結(jié)構(gòu)中,氦氣被認(rèn)定為穩(wěn)定的單向流體,用此可以模擬渦流對團(tuán)簇軌跡的影響。模擬結(jié)果顯示在氦氣中,布朗運(yùn)動嚴(yán)重影響了直徑小于50 nm的粒子的通過率,渦流增加了粒子沉積到腔內(nèi)壁的概率。為此,我們完善了團(tuán)簇源的結(jié)構(gòu),增加了一個緩沖區(qū),模擬了緩沖區(qū)對團(tuán)簇源的作用,結(jié)果表明,修正后的團(tuán)簇源性能明顯提高。3.利用CFD方法模擬噴嘴形狀的作用。模擬結(jié)果顯示噴嘴的形狀對團(tuán)簇的通過率和束流寬度影響。4.設(shè)計(jì)了一套用來聚焦直徑小于10 nm的納米粒子的空氣動力學(xué)透鏡。從模擬得到的粒子軌跡圖,可以得出大部分微小粒子由于擴(kuò)散作用沉積到了腔壁上。我們也研究了布朗運(yùn)動對粒子的輸出的影響。從模擬結(jié)果可以看到布朗運(yùn)動干擾了納米粒子的軌跡,從而提高了納米粒子沉淀到腔壁的概率。我們也研究了透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對納米粒子的影響。結(jié)果顯示透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)影響了束流寬度和納米粒子的傳輸率。
【圖文】：

？邋？？？逡逑圖１．１團(tuán)簇的生長機(jī)制逡逑團(tuán)簇生長的第二種機(jī)制是凝聚（圖１．比）。凝聚被定義為兩個液滴接觸而導(dǎo)逡逑致單個液滴的形成ｔｗｓｉ。逡逑Ｍｎ＿ｍ邋＋邋Ｍｍ邋一邋Ｍｎ邐。＇８）逡逑ｎ和ｍ是團(tuán)簇中的原子數(shù)目。考慮到在緩沖氣體中單個團(tuán)簇的運(yùn)動和兩個團(tuán)簇的逡逑相對運(yùn)動，兩種凝聚機(jī)制可Ｗ由運(yùn)動和擴(kuò)散來區(qū)分。圖１．２給出了兩種機(jī)制的差逡逑異：在運(yùn)動機(jī)制中，每次只有一個粒子與團(tuán)簇進(jìn)斤強(qiáng)作用，而對于擴(kuò)散機(jī)制，許逡逑多粒子與團(tuán)簇同時(shí)強(qiáng)作用。對于在氮?dú)庵械囊旱毋~團(tuán)簇凝聚，擴(kuò)散機(jī)制的臨界值逡逑如下逡逑３逡逑

邐（１．１１）逡逑ｔ是時(shí)間。逡逑聚合機(jī)制（圖１．１ｃ）是指基于小團(tuán)簇蒸發(fā)的大團(tuán)簇生長過程ｔｎｉ。這個過程發(fā)生逡逑在超飽和度可Ｗ忽略的時(shí)候ｔｎｉ。聚合過程主要的參數(shù)為臨界團(tuán)簇尺寸ｒｉｃｆ，或者逡逑臨界團(tuán)簇半徑ｒ－ｅｒ。當(dāng)７１＜７１？＞時(shí)，，團(tuán)簇將蒸發(fā)。當(dāng)ｎ＞ｒｉｃｒ時(shí)，團(tuán)簇依附而增長ＵＬ逡逑Ａｉ７’ｗ。臨界半徑被定義為逡逑ｒｃｒ邋＝邋＾邐（１１２）逡逑Ａ為飽和度，Ａａ是一個參數(shù)，由相之間的張量ｃＴｆ、溶質(zhì)原子的體積Ｋｍ、飽和溶液逡逑的濃度Ｃｗ和溫度ｒ決定逡逑ａ邋＝昔ＫｍＣｍ邐（１．巧逡逑作為一種溶液，我們認(rèn)為在緩沖氣體中金屬原子是一種蒸氣，把金屬銅或者逡逑銀原子作為溶質(zhì)。在液滴模型中ｔｗ，ｎｔｆ和ｒｔｆ之間的關(guān)系為逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;O35;TH73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2607253