KDP晶體蒸發(fā)成核的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、成核和生長(zhǎng)是溶液晶體生長(zhǎng)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)生長(zhǎng)階段，人們已提出多個(gè)晶體生長(zhǎng)的理論模型；而對(duì)于成核階段，由于用肉眼，甚至用先進(jìn)的儀器也難以觀測(cè)，人們對(duì)成核的研究遠(yuǎn)不及對(duì)生長(zhǎng)的研究。經(jīng)典成核理論一直沿用至今，但其中的一些假設(shè)和計(jì)算結(jié)果的正確性還是值得研究的，需要進(jìn)一步的工作去驗(yàn)證和改進(jìn)。
　　 磷酸二氫鉀（KDP）晶體是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體。作為目前唯一可大范圍用于慣性約束核聚變（ICF）的非線性光學(xué)晶體，對(duì)KDP晶體的研究既有

2、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，又有重要的科學(xué)意義。另外，KDP晶體形態(tài)簡(jiǎn)單，易于從水溶液中生長(zhǎng)，使其成為研究晶體生長(zhǎng)機(jī)理的理想對(duì)象。
　　 本文主要通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)成核過(guò)程進(jìn)行了研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 ①運(yùn)用Fluent軟件，在不同條件（溶液初始濃度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、基底）下，對(duì)蒸發(fā)過(guò)程中液滴內(nèi)溶液濃度分布進(jìn)行了初步模擬。通過(guò)分析數(shù)值模擬結(jié)果，判斷外部條件對(duì)液滴蒸發(fā)過(guò)程的影響，并選出利于實(shí)現(xiàn)“蒸發(fā)成核法”的

3、基底。
　　 ②實(shí)驗(yàn)采用了一種新方法—“蒸發(fā)成核法”對(duì)成核進(jìn)行研究。“蒸發(fā)成核法”的基本思路是：用微型注射器將一定濃度的溶液微滴注射到基底上，讓溶劑在一定的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度下自然蒸發(fā)，溶質(zhì)成核結(jié)晶，結(jié)晶后隨即使用原子力顯微鏡（AFM）進(jìn)行觀察。首先，通過(guò)改變液滴的溶液濃度，判斷“蒸發(fā)成核法”的可行性。在實(shí)驗(yàn)中得到了nm 尺度的晶核，確定了“蒸發(fā)成核法”的有效。將所得晶核的形狀及尺寸與經(jīng)典成核理論進(jìn)行了對(duì)比研究。另外，也發(fā)現(xiàn)了大