薄膜沉積擴(kuò)散形成的數(shù)值研究.pdf

1、薄膜沉積、擴(kuò)散和形成過程中液滴的形成、與基體的接觸碰撞以及在基體表面的擴(kuò)展問題涉及到復(fù)雜的流體形態(tài)變化,難以處理,是微尺度流體力學(xué)研究中的一個前沿課題。為了深入了解液滴形成以及在基體表面擴(kuò)展的詳細(xì)過程,并分析缺陷產(chǎn)生對產(chǎn)品質(zhì)量可能產(chǎn)生的影響,本文采用數(shù)值模擬方法研究了液滴形成并連續(xù)滴落的過程,以及利用不同的涂覆方法,液滴在各種類型基面上沉積擴(kuò)展的問題。主要研究內(nèi)容為： 1、數(shù)值分析了旋涂覆中不同尺寸平整基體上薄膜的形成過程。分析

2、了在重力和離心力的作用下,涂覆溶液從滴落到基體表面,到擴(kuò)展覆蓋至整個基體的過程。研究了基體旋轉(zhuǎn)速度、涂覆溶液的體積、表面張力系數(shù)和黏度等參數(shù)對涂覆過程及涂覆質(zhì)量的影響。通過計算發(fā)現(xiàn),基體旋轉(zhuǎn)速度、表面張力系數(shù)和黏度系數(shù)對薄膜的形成時間和質(zhì)量都有較為明顯的影響。基體旋轉(zhuǎn)速度對薄膜厚度影響較大,當(dāng)其線性增加并且增速較慢時形成的薄膜更為均勻。當(dāng)溶液的黏度大于20cp之時,薄膜表面的壓力呈現(xiàn)極不穩(wěn)定狀態(tài),此時易于出現(xiàn)褶皺等缺陷。 2、數(shù)

3、值分析了非平整傾斜基體上薄膜的形成過程,深入地了解了薄膜形成過程中自由表面的流動機(jī)理特性。研究表明：涂覆溶液的表面張力系數(shù)對特殊形態(tài)周圍區(qū)域的溶液擴(kuò)展具有非常大的影響,較大的表面張力系數(shù)會產(chǎn)生很大的阻礙作用,不利于薄膜的形成,此區(qū)域為缺陷的多發(fā)區(qū)域；溶液的黏度大小關(guān)系著壁面附近邊界層區(qū)域的形成,當(dāng)邊界層區(qū)域的速度梯度小到零時容易發(fā)生邊界層脫離現(xiàn)象；溶液的流量對薄膜的形成同樣具有重要的影響,溶液的流量越大,在基體表面的擴(kuò)展速度越快,容易形

4、成連續(xù)的薄膜,最終的薄膜厚度較大,但是流量的大小對于特殊形態(tài)處的自由表面形狀并沒有太大的影響。 3、數(shù)值分析了噴涂中連續(xù)液滴在毛細(xì)管中的形成脫落以及在不同類型基面撞擊并擴(kuò)展的過程。研究發(fā)現(xiàn)：流量的變化對液滴的形狀、體積和形成時間影響較大；壓力的變化對液滴的形成具有明顯的影響；環(huán)境溫度的變化對液滴形成時間以及體積影響微弱。液滴連續(xù)滴落于基體時,在液滴與基體碰撞的瞬間,由于劇烈的接觸,接觸點(diǎn)會出現(xiàn)壓強(qiáng)的突變?；w不同,撞擊所產(chǎn)生的壓