液相基底表面具有排斥相互作用的非平衡原子團(tuán)簇系統(tǒng)及其連續(xù)薄膜透聲特性研究.pdf

1、本文研究了高真空條件下銀原子及其團(tuán)簇在帶電硅油基底表面的凝聚及擴(kuò)散行為,并在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)原子及其團(tuán)簇的凝聚和擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行了Monte Carlo模擬研究。首次在無(wú)格點(diǎn)基底表面建立了存在排斥相互作用的原子團(tuán)簇非平衡系統(tǒng)模型,并利用該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的主要結(jié)論進(jìn)行了研究,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。另一方面,我們還利用該模型對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下難以觀察到的物理現(xiàn)象作了預(yù)言,并對(duì)預(yù)言結(jié)果進(jìn)行了理論分析。我們認(rèn)為,本文中所建立的具有排斥相互作用的非平衡

2、系統(tǒng)模型及其相應(yīng)程序經(jīng)適當(dāng)調(diào)整后還可應(yīng)用于諸如環(huán)境污染控制等其它非平衡系統(tǒng)。
　　 另外,本文還首次就穿孔板正面襯貼薄膜(包括有機(jī)薄膜及其與液相基底上生長(zhǎng)的納米級(jí)金屬薄膜復(fù)合形成的金屬-有機(jī)薄膜)、孔末端帶毛刺及孔形為圓臺(tái)的穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲特性進(jìn)行了初步研究。首次發(fā)現(xiàn)納米級(jí)金屬薄膜具有優(yōu)越的透聲性能,它與有機(jī)薄膜形成的復(fù)合膜襯貼在穿孔板正面時(shí)可起到防塵、防潮、防腐蝕、防紫外線照射下材料老化等作用；孔末端帶毛刺可明顯改善微穿孔板吸

3、聲結(jié)構(gòu)的低頻吸聲性能；對(duì)孔徑在1mm上的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),孔形為圓臺(tái)且半徑小的圓臺(tái)面面向聲源時(shí),其吸聲性能明顯優(yōu)于圓柱形孔,但對(duì)穿孔孔徑在1mm以下的微穿孔吸聲結(jié)構(gòu),穿圓柱形孔時(shí)的平均吸聲系數(shù)卻比穿圓臺(tái)形孔時(shí)略高。這些新發(fā)現(xiàn)在噪聲控制領(lǐng)域具有一定理論研究和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文各章節(jié)內(nèi)容安排如下:
　　 第一章:對(duì)固體基底表面金屬薄膜成核、生長(zhǎng)理論及實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀作了綜述,介紹了固體基底上薄膜的成核和生長(zhǎng)過(guò)程,分析了影響團(tuán)

4、簇形貌的因素及團(tuán)簇的擴(kuò)散機(jī)制。對(duì)團(tuán)簇與團(tuán)簇、團(tuán)簇與基底之間的相互作用及薄膜生長(zhǎng)模型等作了較為系統(tǒng)的介紹和評(píng)述。介紹了液體基底表面金屬薄膜研究的最新進(jìn)展。
　　 第二章:對(duì)帶電硅油基底表面沉積銀原子的凝聚和擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:沉積銀原子首先形成平均直徑約為1.2μm的銀原子團(tuán)簇,然后這些團(tuán)簇逐漸向液體基底邊緣擴(kuò)散,團(tuán)簇間的相對(duì)距離隨擴(kuò)散時(shí)間t逐漸增大,而團(tuán)簇?cái)?shù)密度,n卻處處隨時(shí)間t減小,并呈n=H0e-Oft的指數(shù)規(guī)

5、律衰減,其中Of為衰減時(shí)間常數(shù)；在硅油基底中心區(qū)域,銀原子團(tuán)簇之間的相對(duì)速度V與它們的相對(duì)距離L滿足線性關(guān)系vfit=HL,其中vfit是相對(duì)速度V的擬合值,H為線性擬合斜率。實(shí)驗(yàn)和理論分析均表明H≈Of,,其值均為2×10-4s-1數(shù)量級(jí)。由于受光學(xué)顯微鏡分辨率極限的限制,實(shí)驗(yàn)中無(wú)法觀察到直徑小于0.5μm的團(tuán)簇的凝聚及擴(kuò)散過(guò)程。理論分析表明,沉積銀原子開(kāi)始不帶電,而是先成核凝聚成團(tuán)簇,只有當(dāng)團(tuán)簇達(dá)到一臨界半徑后,團(tuán)簇才開(kāi)始帶電,帶電

6、團(tuán)簇在電場(chǎng)力作用下向液體基底邊緣擴(kuò)散并在邊緣積聚。
　　 第三章:在無(wú)格點(diǎn)基底表面建立了存在排斥相互作用的原子團(tuán)簇凝聚及擴(kuò)散的模擬模型,并對(duì)沉積在均勻帶電硅油基底表面的銀原子凝聚及擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。研究表明:當(dāng)沉積原子凝聚成穩(wěn)定的原子團(tuán)簇后,由于團(tuán)簇帶同種電荷,團(tuán)簇之間存在庫(kù)侖排斥作用,因此團(tuán)簇?cái)?shù)密度隨時(shí)間呈指數(shù)形式衰減,衰減時(shí)間常數(shù)為Of；兩團(tuán)簇相互離散的相對(duì)平均速率V與它們之間的相對(duì)距離L在統(tǒng)計(jì)意義上成正比,即V=HL

7、。停止沉積后初期,H≈Of,,然后隨著擴(kuò)散時(shí)間的增加,H和Of逐漸趨于零；在擴(kuò)散早期,基底邊緣聚集的銀原子團(tuán)簇平均直徑相對(duì)較小,但隨著擴(kuò)散時(shí)間的增加,基底上團(tuán)簇平均直徑快速增加,在t≥2500 s后,向邊緣擴(kuò)散的團(tuán)簇直徑基本趨同,平均變化值不超過(guò)0.1μm。模擬中增大基底粘滯系數(shù)時(shí),摩擦力增大,H逐漸減小,且摩擦力與H基本滿足線性關(guān)系,其斜率為-0.10±0.01。模擬中我們認(rèn)為原子團(tuán)簇大于臨界半徑r1后,團(tuán)簇才開(kāi)始帶電,且r1與沉積原

8、子吸收電子的親和能大小密切相關(guān),模擬發(fā)現(xiàn)H與Of均隨r1增加而緩慢增大,斜率分別為1.2±0.3和1.6±0.6。上述模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)事實(shí)基本一致。本章所建立的具有排斥相互作用的原子團(tuán)簇非平衡系統(tǒng)模型,對(duì)研究利用可控的原子團(tuán)簇之間以及團(tuán)簇與基底之間的相互作用,特別是利用帶電原子團(tuán)簇與電磁場(chǎng)的相互作用制備穩(wěn)定的、具有納米尺度的微觀系統(tǒng)具有重要意義,該模型及其相應(yīng)程序經(jīng)適當(dāng)調(diào)整后還可應(yīng)用于諸如環(huán)境污染控制等其它非平衡系統(tǒng)。
　　 第四

9、章:本章首次對(duì)穿孔板正面襯貼薄膜(包括有機(jī)薄膜及其與液相基底上生長(zhǎng)的納米級(jí)金屬薄膜復(fù)合形成的金屬-有機(jī)薄膜)、孔末端帶毛刺及孔形為圓臺(tái)的穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明:對(duì)垂直入射的100～2000Hz聲波,在微穿孔板正面襯貼0.1 mm有機(jī)薄膜前后,各頻率上的吸聲系數(shù)變化值最大不超過(guò)0.1；在0.1mm有機(jī)薄膜上再襯貼納米級(jí)金屬薄膜前后,其吸聲系數(shù)變化值最大不超過(guò)0.03,且當(dāng)入射聲波頻率為100Hz～1000Hz時(shí),隨著襯

10、貼在有機(jī)膜上的納米級(jí)金屬薄膜厚度的增加,其吸聲系數(shù)也有所增加。孔末端不論是否帶毛刺,不同穿孔率的微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)具有不同的共振吸聲峰,隨著穿孔率的減小,吸聲峰向低頻移動(dòng),且在相同穿孔率下,腔深大的吸聲峰所在頻率較低；對(duì)同一微穿孔吸聲結(jié)構(gòu),孔末端帶毛刺時(shí)其共振吸聲頻率略低于不帶毛刺時(shí)的共振吸聲頻率；當(dāng)入射聲波頻率小于孔末端帶毛刺的微穿孔結(jié)構(gòu)共振吸聲頻率時(shí),孔末端帶毛刺時(shí)的吸聲系數(shù)大于不帶毛刺時(shí)的吸聲系數(shù),反之,前者的吸聲系數(shù)小于后者的吸聲系