微波加熱具有快速、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點,備受全球矚目,微波合成SiC是材料合成領(lǐng)域的研究熱點之一,盡管已有大量的實驗研究,但由于實驗條件的限制,微波合成SiC過程仍存在諸多問題:電場分布不清楚影響加熱穩(wěn)定性,限制了微波技術(shù)推廣;加熱過程中材料熱效應(yīng)不清晰,微波加熱機理不系統(tǒng);原子反應(yīng)擴散過程復(fù)雜,SiC晶體生長不可控。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值計算方法的高速發(fā)展和日趨成熟,研究者們開發(fā)出一系列的模擬軟件,成功應(yīng)用于材料合成等領(lǐng)域。計算機模擬基于理論和實踐經(jīng)驗,克服了實驗條件的苛刻性和實驗環(huán)境的嚴酷性,并且能夠有效解讀黑匣子式實驗過程,分析物理化學(xué)機制。文中使用多物理場耦合仿真軟件COMSOL模擬出了不同諧振模式下諧振腔中的電場分布,研究了樣品位置和數(shù)量引起的電場變化規(guī)律;并模擬了樣品的升溫過程,顯示了內(nèi)部溫場分布,分析了熱效應(yīng)的產(chǎn)生機理;最后通過分子動力學(xué)模擬軟件Materials Studio中的CASTEP模塊模擬研究了碳原子擴散的影響因素。模擬結(jié)果表明:諧振腔長度為半波長的整數(shù)倍時,對應(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最有利于SiC的合成...

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：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 實驗研究現(xiàn)狀
        1.2.2 理論計算現(xiàn)狀
    1.3 微波加熱及數(shù)值計算方法
        1.3.1 微波加熱的特點
        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 分子動力學(xué)模擬方法
        1.4.1 分子動力學(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
        1.7.1 課題的主要內(nèi)容
        1.7.2 課題的創(chuàng)新點
2 微波諧振模式對電場分布的影響
    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)電場分布模擬
        2.3.1 不同位置處C的電場分布
        2.3.2 不同位置的C對樣品外部電場的影響
        2.3.3 樣品數(shù)量對電場分布的影響
3 SiC合成過程中材料內(nèi)部溫場分布
    3.1 微波熱耦合控制方程
    3.2 微波加熱碳的動態(tài)過程模擬
        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 加熱時間的影響
4 微波場中原子擴散增強機制模擬
    4.1 碳的電場強化機制模擬
    4.2 模擬分析碳原子擴散增強的影響因素
        4.2.1 電場作用下石墨超晶胞的分子動力學(xué)過程模擬
        4.2.2 空位對C原子擴散的影響
        4.2.3 S原子摻雜對C原子擴散的影響
5 結(jié)論和展望
參考文獻
致謝
作者簡歷



本文編號：3778253