无机合成第五章

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1、第五章习题1. 什么是等离子体？它有什么特点？有几种获得方法？高温、低温等离子体如 何区分？定义：等离子体(plasma)是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正 负电子组成的离子化气体状物质，是物质存在的第四态。特点：具有正、负离子，可作为中间反应介质，特别是处于激发状态的高能 离子或原子，可促使很多化学反应发生；由于任何气态物质均能形成等离子 体，因此很容易调整反应系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还 原气氛或中性气氛；本身是一种良导体，能利用磁场控制等离子体的分布和 运动，有利于化工过程的控制；热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的 反应环境，温度为104105C

2、的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源， 不仅可以用来大幅度地提高反应速率，而且可借以产生常温条件下不可能发生的 化学反应。获得方法：气体放电法光电离法和激光辐射法射线辐照法燃烧法 冲 击波法微波诱导法区别：高温平衡等离子体(或称热等离子体、高温等离子体)只有在温度足够高时 发生。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99%。在高温等离 子体中，电子温度、离子温度及气体的温度完全一致，在108109K范围之内， 如太阳内部，核聚变产生的等离子体就属于这种。低温等离子体(或称冷等离子体、低温等离子体)是指在等离子体内电子的温度 很高，可达上万开尔文，但离子与气体的温度接近常温，从而形

3、成热力学的不平 衡，因此又称为非平衡等离子体，如电晕放电、辉光放电、微波等离子体等均属 于此类。2. 等离子合成技术有哪些的广泛应用？ 等离子体冶炼等离子体喷涂等离子体焊接等离子体切割等离 子体刻蚀低压等离子体技术与应用塑料、玻璃、陶瓷材料等的改性处理， 提高材料表面的亲水性能，改善材料表面张力；材料表面清洗；薄膜材料制 备与表面接枝；杀菌消毒；等离子体刻蚀等离子体军事及高技术应用3. 查阅网页论述化学气相沉积技术的发展。化学气相沉积技术的发展 我国古代的炼丹术可能是最早无意识地应用了该技术。 20世纪50年代，由于当时欧洲的机械工业和机械加工业的强大需求， 现代CVD技术开始发展，主要着重于

4、刀具涂层的应用。 20世纪6070年代,由于半导体和集成电路技术发展和生产的需要， CVD技术得到了更迅速和更广泛的发展。 20世纪70年代,前苏联Deryagin、Spitsyn和Fedoseev等引入原子氢， 开创 了激活低压 CVD(low pressare chemical vapor deposition，简称 LPCVD)金刚石 薄膜生长技术，80年代在全世界形成了研究热潮。 20世纪70年代以来，我国在激活低压CVD金刚石生长热力学方面， 根据非平衡热力学原理，开拓了非平衡定态相图及其计算的新领域，真正从理论 和实验对比上定量化地证实反自发方向的反应可以通过热力学反应耦合依靠另

5、一个自发反应提供的能量推动来完成。4. CVD技术用于合成时具有哪些特点？ 淀积反应如在气固界面上发生，则淀积物将按照原有固态基底（又称衬 底）的形状包覆一层薄膜。 可以得到单一的无机合成物质,可作为原材料制备。 可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。 可以沉积生成品体或纫粉状物质。5. CVD技术装置主要由哪几部分组成？ 气源控制部件;沉积反应室;沉积温控部件;真空排气和压强控制 部件等部分组成。在等离子增强型或其他能源激活型CVD装置，还需要增加激 励能源控制部件。6. CVD合成技术技术有哪些广泛应用？化学气相沉积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单品、多 品或玻璃态无机薄膜材

6、料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物， 也可以是IIIV、IIw、w丑族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的 物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。沉积生成碳化物/氮化物 沉积生成金属或合金沉积SiO2沉积陶瓷薄膜沉积硅薄膜 金刚石薄膜纳米管、线、绳、带7. 在PCVD中，如果以SiH4和H2为原料沉积非晶硅，试验中应考查哪些因素？ 在选择源物质时，既要考虑蒸汽压鱼温度的关系，又要特别注意在不同热解温度 下的分解产物，保证固相仅仅为所需要的沉淀物质，而没有其他夹杂物。8. 为什么在软化学合成中，溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物 或无机材料的重要方法占有重要地

7、位（包括应用领域）？在温和的反应条件下和缓慢的反应进程中，可以控制的步骤，一步步进行合成化 学反应，具有智力密集型特点；在较温和条件下实现的化学反应过程，易于实现 对其反应过程、路径的控制；可以合成出在高温下不稳定的组分或形成介稳态的 结构，也可能获得用高温固相反应与物理方法难以得到的低熵、低焓或低对称性 的固体化合物和材料。具体应用领域 材料学：高性能粒子探测器，隔热材料，声阻抗耦合材料，电介质材料， 有机-无机杂化材料，金属陶瓷涂层耐蚀材料，纳米级氧化物薄膜材料，橡胶工 业 催化剂方面：金属氧化物催化剂，包容均相催化剂， 色谱分析：制备色谱填料，制备开管柱和电色谱固定相，电分析，光分析9.

8、 溶胶-凝胶法与其他合成方法相比有哪些独特的优点？由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低黏度的溶液，因 此，可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很 可能是在分子水平上均匀地混合。 由于经过溶液反应步骤，因此很容易均匀定量地掺入一些微量元素， 实现分子水平上的均匀掺杂。 与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度， 一般认为溶胶-凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是 在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。 选择合适的条件可以制备各种新型材料。10. 以制备超细钛酸钡为例，了解溶胶-凝胶法的一般工艺流程。Ba(A

9、c)2搅拌Ti(C4H,O4薄膜涂层材料:制备薄膜涂层材料是溶胶-凝胶法最有前途的应用方 经制备出光学膜、波导膜、着色膜、电光效应膜、分离膜、保护11. 查阅文献，了解溶胶-凝胶法在合成无机物和材料中的应用。薄煅加热成为凝胶，高温抽真 煅烧，制得产品后取出，向，目前膜等。（2）超细粉末：|将所需成分的前驱体 空烘干得干凝胶，在玛瑙研钵中研碎，于高 冷却全室温后研磨即可得超细粉末。（3）纳米粉体溶胶-凝胶法是制备纳米粉体 的一种低温工艺，具有制品纯度高、化学均匀性好、颗粒细、可容纳不容性组分 和不沉淀组分、掺杂分布均匀、合成温度低、成分容易控制、工艺设备简单等优 点。（4）陶瓷材料（5）电极材料（6）复合材料：溶胶-凝胶法制备复合材料， 可以把各种添加剂、功能有机物或分子、品种均匀地分散在凝胶基质中，经热处 理致密化后，此均匀分布状态仍能保存下来，使得材料更好地显示出复合材料特 性。（7）催化剂