液相基底表面具有排斥相互作用的非平衡原子團簇系統(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簇在帶電硅油基底表面的凝聚及擴散行為,并在此實驗基礎(chǔ)上對原子及其團簇的凝聚和擴散機制進行了Monte Carlo模擬研究。首次在無格點基底表面建立了存在排斥相互作用的原子團簇非平衡系統(tǒng)模型,并利用該模型對實驗得到的主要結(jié)論進行了研究,模擬結(jié)果與實驗事實相符。另一方面,我們還利用該模型對現(xiàn)有實驗條件下難以觀察到的物理現(xiàn)象作了預(yù)言,并對預(yù)言結(jié)果進行了理論分析。我們認為,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(包括有機薄膜及其與液相基底上生長的納米級金屬薄膜復(fù)合形成的金屬-有機薄膜)、孔末端帶毛刺及孔形為圓臺的穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲特性進行了初步研究。首次發(fā)現(xiàn)納米級金屬薄膜具有優(yōu)越的透聲性能,它與有機薄膜形成的復(fù)合膜襯貼在穿孔板正面時可起到防塵、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；對孔徑在1mm上的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),孔形為圓臺且半徑小的圓臺面面向聲源時,其吸聲性能明顯優(yōu)于圓柱形孔,但對穿孔孔徑在1mm以下的微穿孔吸聲結(jié)構(gòu),穿圓柱形孔時的平均吸聲系數(shù)卻比穿圓臺形孔時略高。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)用價值。
　　 本論文各章節(jié)內(nèi)容安排如下:
　　 第一章:對固體基底表面金屬薄膜成核、生長理論及實驗研究現(xiàn)狀作了綜述,介紹了固體基底上薄膜的成核和生長過程,分析了影響團

4、簇形貌的因素及團簇的擴散機制。對團簇與團簇、團簇與基底之間的相互作用及薄膜生長模型等作了較為系統(tǒng)的介紹和評述。介紹了液體基底表面金屬薄膜研究的最新進展。
　　 第二章:對帶電硅油基底表面沉積銀原子的凝聚和擴散過程進行了實驗研究。結(jié)果表明:沉積銀原子首先形成平均直徑約為1.2μm的銀原子團簇,然后這些團簇逐漸向液體基底邊緣擴散,團簇間的相對距離隨擴散時間t逐漸增大,而團簇數(shù)密度,n卻處處隨時間t減小,并呈n=H0e-Oft的指數(shù)規(guī)

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

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

7、。停止沉積后初期,H≈Of,,然后隨著擴散時間的增加,H和Of逐漸趨于零；在擴散早期,基底邊緣聚集的銀原子團簇平均直徑相對較小,但隨著擴散時間的增加,基底上團簇平均直徑快速增加,在t≥2500 s后,向邊緣擴散的團簇直徑基本趨同,平均變化值不超過0.1μm。模擬中增大基底粘滯系數(shù)時,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。模擬中我們認為原子團簇大于臨界半徑r1后,團簇才開始帶電,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)果與實驗事實基本一致。本章所建立的具有排斥相互作用的原子團簇非平衡系統(tǒng)模型,對研究利用可控的原子團簇之間以及團簇與基底之間的相互作用,特別是利用帶電原子團簇與電磁場的相互作用制備穩(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:本章首次對穿孔板正面襯貼薄膜(包括有機薄膜及其與液相基底上生長的納米級金屬薄膜復(fù)合形成的金屬-有機薄膜)、孔末端帶毛刺及孔形為圓臺的穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能進行了初步研究。結(jié)果表明:對垂直入射的100～2000Hz聲波,在微穿孔板正面襯貼0.1 mm有機薄膜前后,各頻率上的吸聲系數(shù)變化值最大不超過0.1；在0.1mm有機薄膜上再襯貼納米級金屬薄膜前后,其吸聲系數(shù)變化值最大不超過0.03,且當入射聲波頻率為100Hz～1000Hz時,隨著襯

10、貼在有機膜上的納米級金屬薄膜厚度的增加,其吸聲系數(shù)也有所增加?？啄┒瞬徽撌欠駧?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,且在相同穿孔率下,腔深大的吸聲峰所在頻率較低；對同一微穿孔吸聲結(jié)構(gòu),孔末端帶毛刺時其共振吸聲頻率略低于不帶毛刺時的共振吸聲頻率；當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,孔末端帶毛刺時的吸聲系數(shù)大于不帶毛刺時的吸聲系數(shù),反之,前者的吸聲系數(shù)小于后者的吸聲系