《熱力學(xué)與相平衡》熱力學(xué)在計算中的應(yīng)用 CVD.ppt

1、熱力學(xué)在計算中的應(yīng)用,燃料電池電動勢的計算 CVD制備AlN薄膜,一、燃料電池電動勢的計算,固體氧化物燃料電池工作原理,電動勢,Cathode,Anode,dT=0, dp=0,不同溫度下的開路電壓計算,Example of an BPG component,BPG by Gasification of Rice Husk,Composition of BPG,Cathode,Anode,dT=0, dp=0,2. Theoretical approach,Chemical Reactions in BPG,設(shè)定溫定壓下，氣體多化學(xué)反應(yīng)體系的狀態(tài)方程為F（n1,n2,ni,nk）=0 則體系的

2、總自由能為 ni為第i種物質(zhì)(mi)的摩爾數(shù)，i為其化學(xué)勢,當(dāng)體系為封閉體系時，則體系要遵守原子數(shù)守恒的限制，即 aji為i物質(zhì)化學(xué)式中第j種元素的原子個數(shù)，bj是整個體系中第j種元素的總原子摩爾數(shù),自由焓最小化方法來計算平衡組成,將復(fù)雜化學(xué)平衡計算作為受線性約束條件制約的某一目標(biāo)函數(shù)的極值化問題來處理。具體采用拉各朗日待定乘子法。,狀態(tài)函數(shù),在定溫、定壓條件下對ni求導(dǎo)，且令它為零(極值條件)，得,或,根據(jù)化學(xué)勢表達(dá)式,式中 是純物質(zhì)i的生成自由焓 ，于是得,現(xiàn)在有k個含n1,n2,nk個未知數(shù)和m個含j未知數(shù)的關(guān)系式故方程式有定解。,Or,Equations,Solving equatio

3、ns,Taylor expansion linear system of equations Newton iteration; 700-1200K MATLAB,Fuel Composition,Equilibrium component for BPG fuel,e.m.f.for cells with pure ionic conducting electrolytes,Composition effect on e.m.f.,Humidification effect on e.m.f.,e.m.f. for YSZ and doped ceria electrolytes,Open-circuit Voltages,二、CVD法制備AlN薄膜,CVD制備裝置,影響因素,系統(tǒng)壓強(qiáng),系統(tǒng)溫度,NH3分壓,AlBr3分壓,載氣流量,可能的反應(yīng),氣相物種,AlBr3 NH3 N2 HBr Br2 AlBr H2 Al2Br6,反應(yīng)平衡方程式,質(zhì)量守恒,系統(tǒng)壓強(qiáng)不變,反應(yīng)方程（4） 質(zhì)量守恒（2） 氨裂解（1） 系統(tǒng)壓強(qiáng)（1） 獨(dú)立物種（8）,生長速率,MAlN, 分子量 S，襯底面積，假設(shè)消耗掉的AlBr3全部用于A