基于支持向量回归的碳基材料物性及其制备工艺优化研究

发布时间：2018-04-24 08:59

  本文选题：碳纳米管 + 金刚石薄膜　； 参考：《重庆大学》2015年硕士论文

【摘要】：在当今矿产资源越来越少、开采越来越难和生活对材料要求越来越高的条件下,人工合成新型材料取代天然材料成为一种必然趋势。新型碳基合成材料在人工合成材料中扮演了重要的角色。由于其优异的电学性能,力学性能,热学性能等特性而被广泛应用于各个领域。虽然各型碳基材料已被深入研究且被广泛应用,但是其合成机理并不都是非常清楚。在这样的情况下,建立一个稳定的实验模型对控制材料的合成有着很大的帮助作用。本文主要对单壁碳纳米管半径,产量和CVD沉积类金刚石碳膜/金刚石薄膜硬度,结晶度进行了合成工艺等方面的建模优化研究,研究步骤如下:(1)收集相关实验数据并建模。(2)对所建模型的准确性进行检验。(3)分析模型所揭示的相关规律。本文建模理论为结合粒子群寻优的支持向量回归原理。主要工作如下:(1)电弧法合成碳纳米管的管径与合成工艺关系在电弧法合成碳纳米管的实验中,人们发现,所制备的碳纳米管的管径主要受到气压强度、电流强度、催化剂、缓冲气体种类等实验参数的影响。我们以上述主要实验参数为自变量,以碳纳米管半径为因变量进行了SVR建模研究,找到了自变量与因变量之间的关系并以三维图像展示。为了进一步验证所建SVR模型的准确性,应用未参与建模的检验样本对模型进行了验证,结果表明,所建SVR模型预测值与实验结果吻合良好,所建SVR模型预测的平均绝对百分误差3.98%均优于文献报道的神经网络(ANN)和多元非线性回归方法(MNR)的预测结果(分别为17.12%和14.9%)。同时利用所建SVR模型计算了管径对各工艺参数的灵敏度,发现,对管径的影响最敏感的两因素是压强和电流强度。(2)催化裂解甲烷合成碳纳米管的产量及工艺优化对Co-Mo/Al2O3催化裂解甲烷合成碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNT)工艺参数与产量之间的关系进行了建模与工艺优化研究。利用所建SVR模型对10个测试样本预测的平均绝对百分误差1.85%优于传统多元非线性回归(Multivariate Nonlinear Regression,MNR)模型对应的4.36%;SVR模型预测,当反应温度为759.48℃、甲烷压强为0.7964atm、催化剂Co Mo/Al2O3量为0.3836g时,CNT产量将达到最大值643.29%,超过MNR模型预测的最大值607.00%;通过格点扫描进行了因素分析,直观地揭示出各反应参数对CNT产量的交互影响规律。研究结果表明:SVR结合PSO寻优能对甲烷催化裂解合成CNT建立稳定可靠的理论模型,可为寻找催化裂解甲烷合成CNT最大产量所需最佳工艺条件提供科学指导。(3)微波等离子增强CVD沉积金刚石薄膜的工艺及其优化金刚石晶向(1 1 1)的拉曼光谱半高宽(FWHM值)越小表明其结晶度越高。在微波增强化学气相沉积法制备金刚石薄膜中,根据相关实验数据集,以金刚石粉末颗粒尺寸、衬底偏压、甲烷浓度、氢气流速、微波功率、仓压、偏压时间,沉积时间为自变量和FWHM值为因变量,进行了建模、模型检检、工艺分析等研究。由所建SVR模型预测出,当工艺参数分别对应为:颗粒尺寸6165.63mesh,衬底偏压18.8991v,甲烷浓度0.468516%,氢气流速241.172sccm,微波功率1045.55w,仓压41.9995Torr,偏压时间20.3574min,沉积时间9.59786h时,所制备的金刚石薄膜的最小FWHM为3.85242cm。另外,通过格点扫描进行了因素分析,直观地揭示出各反应参数对所制备金刚石薄膜结晶度的交互影响规律。(4)等离子增强CVD沉积类金刚石碳膜的微硬度及工艺优化人们通过实验发现,微波增强化学气相沉积法制备类金刚石碳膜的微硬度主要受氩气的百分浓度、气室压强、射频功率、衬底偏压等因素的影响。基于相关实验数据样本,我们以氩气的百分浓度、气室压强、射频功率、衬底偏压为自变量,应用SVR对类金刚石碳膜的微硬度进行了建模研究。对所建模型进行了稳定性和准确性分析,并与多元非线性模型进行了比较,发现所建SVR模型的平均绝对误差0.22nm、均方根误差0.48nm、平均绝对百分误差均优于多元非线性模型(0.49nm,0.59nm,5.83%)。通过三维图像直观展示了各自变量对因变量的影响规律,且与相关实验报道的结果一致,从另一角度证明模型的准确性。利用所建模型,获得了最佳工艺参数。以上结果表明SVR可准确、有效地应用到碳纳米管管径和产量,类金刚石碳膜/金刚石薄膜硬度的建模研究。所建模型稳健、准确,能定量揭示各实验参数对因变量的影响,对节约时间、减少实验成本和试验次数有着重要的理论指导意义和实际应用价值。
[Abstract]:In this paper , we have studied the relationship between the radius of carbon nanotubes , the strength of carbon nanotubes , the hardness and crystallinity of CVD diamond - like carbon films / diamond films . The results show that the results of this paper are as follows : ( 1 ) The results agree well with the experimental results . (2)鍌�鍖栬�傝В鐢茬兎鍚堟垚纰崇撼绫崇�＄殑浜ч噺鍙婂伐鑹轰紭鍖栧�笴o-Mo/Al2O3鍌�鍖栬�傝В鐢茬兎鍚堟垚纰崇撼绫崇��(Carbon Nanotubes,CNT)宸ヨ壓鍙傛暟涓庝骇閲忎箣闂寸殑鍏崇郴杩涜�屼簡寤烘ā涓庡伐鑹轰紭鍖栫爺绌�.鍒╃敤鎵，

本文编号：1795992