《磁場作用下分離結晶法製備碲鋅鎘晶體的熱物理機制》是依託重慶大學，由彭嵐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁場作用下分離結晶法製備碲鋅鎘晶體的熱物理機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭嵐
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
分離結晶法在製備功能材料- - 碲鋅鎘晶體方面頗具優勢。目前，此方法在微重力條件下取得了較大的成功，在地面環境下效果不佳。究其原因，地面環境下的浮力使分離結晶過程中熔體內部的流動變得更加複雜，如何削弱或者控制浮力對熔體內部流動的影響，是一個迫切需要解決的關鍵問題。已有研究證明了在常規的晶體生長方法中，磁場能夠削弱熔體對流，提高晶體的質量。但是，關於磁場能否削弱分離結晶過程中的熔體對流，從而提高分離結晶法製備碲鋅鎘晶體的質量的有關研究尚未見報導。因此，本項目的研究目標就是建立磁場作用下分離結晶法製備碲鋅鎘晶體的數學物理模型，藉助數值模擬手段，套用理論分析、穩定性分析和相關實驗，揭示磁場影響分離結晶過程中熔體對流的熱物理機制；探明磁場類型和磁場強度對於分離結晶過程的影響規律；確定磁場作用下實現分離結晶的熱力學條件。研究成果必將為分離結晶生長技術的發展與套用奠定堅實的理論基礎。
結題摘要
分離結晶法在製備功能材料——碲鋅鎘（CdZnTe）晶體方面頗具優勢。目前，此方法在微重力條件下取得了較大的成功，但是在地面環境下效果不佳。究其原因，地面環境下的浮力使分離結晶過程中熔體內部的流動變得更加複雜，如何削弱或者控制浮力對熔體內部流動的影響，是一個迫切需要解決的關鍵問題。本項目通過建立磁場作用下分離結晶法製備碲鋅鎘晶體的數學物理模型，藉助數值模擬手段，套用理論分析、穩定性分析和相關實驗，揭示了磁場影響分離結晶過程中熔體對流的熱物理機制，探明了磁場類型和磁場強度對分離結晶過程的影響規律。重要研究結果：（1）軸向磁場、勾形磁場、橫向磁場都能有效地抑制分離結晶過程中熔體內部的熱毛細-浮力對流，且隨著磁場強度增加，抑制作用增強，其中軸向磁場的抑制效果最好。（2）施加磁場可以使熔體流動的臨界Marangoni數增大，使熔體的流動更加穩定。同時，臨界Marangoni數也隨著分離結晶過程中狹縫寬度的減小而增大，熔體高度的增大而增大。（3）分離結晶過程中狹縫處氣液界面兩側壓差、結晶生長角和熔體-坩堝之間接觸角是影響地面分離結晶過程中界面形狀、狹縫寬度及其穩定性的主要因素。（4）採用靜液滴法對鎵熔體在表面粗糙度不同的鋁基板和銅基板上的靜態接觸角進行了測量，結果表明影響熔體與金屬基板間靜態接觸角的主要因素是基板的表面粗糙度和材料種類，且隨著基板表面粗糙度的增加，熔體與基板的靜態接觸角增大。（5）研究結果為磁場作用下分離結晶生長技術的發展和套用奠定了堅實的理論基礎。
