无机合成(4).ppt

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1、4无机合成的技术与设计第四章无机合成的技术与设计4.1、等离子体合成4.2、激光合成4.3、微波化学合成4.4、水热合成4.5、超重力合成4.6、仿生合成4.1之1等离子体4.1、等离子体合成4.1.1等离子体的概念等离子体－－电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体。通常是由电子、离子、原子或自由基等粒子组成的集合体等离子体是物质的又一种基本形态，其在组成和性质上与固、液、气三种形态相比，都有本质的不同气体通常不导电，等离子体是导电体，而整体又是电中性等离子体的带电粒子间存在库仑力，导致了带电粒子群的特有的

2、集体运动作为带电粒子体系，等离子体的运动行为受到电磁场的影响和约束4.1之24.1、等离子体合成等离子体一般分为高温等离子体和低温等离子体高温等离子体－－粒子的激发和电离主要通过碰撞实现，体系的动力学温度、激发温度和电离温度都相等，如焊弧、电弧炉等低温等离子体－－离子和电子间的碰撞频率小，电离度高、电子浓度大。微波等离子体就属于低温低离子体。低温等离子体的用途较广，如金刚石薄膜、太阳能电池薄膜、超导薄膜的CVD，光导纤维的制备，芯片的亚微米刻蚀，高分子材料的表面修饰和微电子材料的加工等4.1之34.1、等离子体

3、合成4.1.2等离子体的产生等离子体的主要形成途径产生等离子体的方法很多，涉及许多微观过程，物理效应和实验方法。4.1之44.1、等离子体合成等离子体化学中常用的产生等离子体的方法气体放电在电场作用下，获得加速动能的带电粒子与气体分子碰撞使气体电离，根据电场的不同可分为直流放电、高频（射频）放电、微波放电等直流放电：装置简单，功率大，目前仍在使用；高频放电：频率10－100MHz，是实验装置和工艺设备中常用的方法；微波放电：频率2450MHz和915MHz，常用于辅助化学汽相沉积。4.1之54.1、等离子体合成

4、光电离和激光辐射电离光电离法光子的能量必须大于或等于物质的第一电离能，如铯等离子体就可以用紫外光源产生；激光辐射电离这种方法不仅有单光子电离，还有多光子电离（同时吸收多个光自使原子或分离电离）和级联电离，如红宝石激光氩等离子体的产生，是氩原子同时吸收9个光子实现电离的。激光等离子体的发展较快，应用呈明显上升趋势。4.1之64.1、等离子体合成射线照射法射线、射线、射线和X射线等各种射线和粒子对气体进行照射也可以产生等离子体燃烧法热致电离法,热运动动能足够大的原子、分子间的相互碰撞引起电离，产生的等离子体叫

5、作火焰等离子体冲击波法通过冲击波使气体绝热压缩产生的高温来产生等离子体4.1之74.1、等离子体合成4.1.3等离子体化学的特点由于等离子体含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等极活泼的化学反应粒子，使其性质与固、液、气三种相态有着本质的区别，等离子体化学具有其独特的特点：1、反应的能量水平高在热平衡等离子体中，离子和电子的温度几乎相等，高达5000～20000K。作为热源适用于高熔点金属的熔炼提纯、难熔金属、陶瓷的熔射喷涂等，也可以进行各种超高温化学反应由于等离子体不与任何容器接触，等离子体的温度虽然很高

6、，由于形成了等离子体壳，高温不会传导给器壁非平衡等离子体中的电子温度高（10000～100000K），也可以进行高能量水平的化学反应。4.1之84.1、等离子体合成2、能使反应体系呈现热力学非平衡状态。在非平衡等离子体中，电子的温度高，可激活高能量水平的化学反应；由于电子的质量远比离子和分子等小得多，整个体系的温度取决于分子、离子和重粒子的温度，反应器处于低温状态。这种状态适用于高温材料的低温合成、半导体器件的低温化学处理等。PT-A2000等离子喷涂设备喷涂现场控制系统喷涂设备等离子喷涂焰流时值监测情况4.1

7、之94.1、等离子体合成4.1.4等离子体在化学合成中的应用就工艺来说，等离子体可以应用于：化学气相沉积化学气相运输反应性溅射磁控溅射离子镀就合成的物质种类和性能来说，可制备各种半导体材料、光学材料、磁性材料、超导材料、超高温耐热材料等，可具有光、磁、电、声、化学等各种功能，在材料合成领域中已经占有比较重要的地位4.1之104.1、等离子体合成应用实例非晶硅太阳能电池的规模生产（PCVD）主要原料SiH4，采用辉光放电等离子体，生成i型非晶硅半导体层;用掺杂少量B2H6和PH3分别制成p型和n型半导体层。制备过

8、程自动控制。主要特点有：光电转换效率高，达到10～12％原料便宜，成本低膜质稳定，寿命长，达到20年超导薄膜4.1之114.1、等离子体合成纳米材料的制备作为理想高温热源，利用等离子体内的高能电子激活反应气体分子使其离解或电离，获得离子和大量活性基团，在收集体表面进行化学反应，可以形成纳米固体。通过选用不同的成流气体，形成氧化、还原或惰性气氛，就可以制备各种氧化物、碳化物或氮化物纳米粒