数値シミュレーションによる磁場印加大口径単結晶育成実現のための予測手法の確立

利用数值模拟建立利用磁场实现大直径单晶生长的预测方法

基本信息

批准号：
13750703
负责人：
赤松正人
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Akita Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究において,単結晶育成条件下における電気伝導性の良い流体,および,電気伝導性の悪い流体が磁場印加下でどのような挙動を示すか数値シミュレーションを行った.この結果以下の知見を得た.電気伝導性が良い流体1.垂直磁場を回転流体に印加しても磁場の効果は無い事がわかった.2.水平方向磁場を回転流体に印加するとその流れが強く抑制される事がわかった.3.回転磁場の回転速度が回転流体のそれと異なる時だけ磁場印加の効果が現れ,この時回転磁場と同一の速度で流体が回転することがわかった.これら各種磁場印加下における流体の挙動は,流体内に発生する電気的な場を可視化することでうまく説明する事ができた.さらに,水平方向磁場印加下で育成される単結晶の形状がなぜ楕円形となるかを,流れ場,温度場および電気的な場から解明した.電気伝導性が悪い流体これまで電気伝導性の悪い流体に磁場を印加しても流れを制御することはできないと考えられていた.しかしながら,強力な磁場印加下では今まで無視されていた磁化力が顕在化する.そこで,酸化物単結晶融液等の電気伝導性の悪い熱対流をこの力によって制御することを考えた.まず,研究の第一段階として,磁場によって空気の自然対流を制御できるか否かを数値解析によって検討した.この結果,空気のような電気伝導性が無い流体においても磁場によって流れが制御できる可能性があることが示された.この結果は,電気伝導性の悪い融液からの単結晶育成において新しい対流制御技術となる可能性があると思われる.

在这项研究中，我们进行了数值模拟，以了解在单晶生长条件下，具有良好导电性的流体和具有较差导电性的流体在施加的磁场下的行为。结果，我们获得了以下发现：具有良好导电性的流体。电导率 1. 研究发现，即使对旋转流体施加垂直磁场，也不会受到磁场的影响。 2. 当对旋转流体施加水平磁场时，其流动受到强烈抑制。 3.发现只有当旋转磁场的转速与旋转流体的转速不同时，施加磁场的效果才会出现，并且在这种情况下，流体以与旋转磁场相同的速度旋转这些不同的磁场通过可视化流体内产生的电场，可以成功地解释流体在施加磁场下的行为。此外，还可以解释为什么在施加水平磁场下生长的单晶的形状是椭圆形的。我们从流场、温度场和电场的角度阐明了形状是否为圆形。导电性差的流体迄今为止，人们认为对导电性差的流体施加磁场无法控制流动。施加强磁场后，迄今为止一直被忽视的磁化力变得明显。因此，有人提出可以通过该力来控制氧化物单晶熔体中导电性差的热对流。作为我们研究的第一步，我们通过数值分析研究了空气的自然对流是否可以通过磁场控制。结果，我们发现即使在没有导电性的流体中，例如空气，也有可能通过磁场控制空气的自然对流表明，该结果可以为从导电性较差的熔体中生长单晶提供一种新的对流控制技术。