【正文】 和 n(Ti):n(Al): n(Si):n(C)=:::, 在 1200 ℃ 合成了 Ti2AlC/Ti3AlC2塊體材料 。 等離子清洗機原理 氣體所產(chǎn)生的自由基和離子活性很高 ， 其能量足以破壞幾乎所有的化學(xué)鍵 ， 在任何暴露的表面引起化學(xué)反應(yīng) 。 低壓低溫等離子體 采用低溫等離子體處理造紙黑液技術(shù) 可解決造紙黑液對環(huán)境的嚴重污染并可回收堿 、 碳粉和可燃氣體等有用物質(zhì) ， 與現(xiàn)有處理工藝相比經(jīng)濟效益較好 。 ⑥ 低壓等離子體技術(shù)與應(yīng)用 低壓等離子體通常由電子在低壓（ 10~150Pa）室溫放電產(chǎn)生的非平衡態(tài)等離子體，因此也屬于低溫等離子體。 它由一組大功率的射頻激勵電源通過感應(yīng)耦合在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生高密度等離子體 ，而由另一組功率較小的偏壓電源引導(dǎo)離子垂直于被刻蝕物體運動 ， 從而達到各向異性和高速低損傷刻蝕的目的 。 切金如泥 等離子體刻蝕是干法刻蝕中最常見的一種方法 ， 它產(chǎn)生的帶能粒子 （ 轟擊的正離子 ） 在強電場下 ， 朝硅片表面加速 ， 這些粒子通過濺射刻蝕作用去除未被保護的硅片表面材料 ， 從而完成一部分的硅刻蝕 。 配合不同的工作氣體可以切割不同的金屬材料 ， 如不銹鋼 、 鋁 、銅 、 鑄鐵 、 碳鋼等 。用于切割鋼 、 鋁及其合金 ， 切割厚度大 。 ③ 等離子體焊接 可用以焊接鋼 、 合金鋼 、 鋁 、 銅 、 鈦等及其合金 。 實驗結(jié)果表明 ， 采用層流等離子體噴涂工藝制備的熱障涂層密度高 、 孔隙率低 、 表面粗糙度低 ， 陶瓷涂層與合金層間具有很好的結(jié)合強度 。 用等離子體沉積快速固化法可將特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化 ， 并噴涂到基體 （ 部件 ） 上 ， 使之迅速冷卻 、 固化 ， 形成接近網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表層 ， 這可大大提高噴涂質(zhì)量 。 等離子合成技術(shù)的應(yīng)用 ? 等離子體技術(shù)的主要用途 用于冶煉用普通方法難于冶煉的材料 ， 例如高熔點的鋯 (Zr)、 鈦 (Ti)、 鉭 (Ta)、 鈮 (Nb)、 釩 (V)、 鎢 (W)等金屬；還用于簡化工藝過程 ， 例如直接從 ZrCl、 MoS、 TaO和TiCl中分別獲得 Zr、 Mo、 Ta和 Ti；用等離子體熔化快速固化法可開發(fā)硬的高熔點粉末 ， 如碳化鎢 鈷 、 MoCo、 MoTiZrC等粉末 等離子體冶煉的優(yōu)點是產(chǎn)品成分及微結(jié)構(gòu)的一致性好 ， 可免除容器材料的污染 。這稱為沖擊波等離子體。 這種方法產(chǎn)生的等離子體稱火焰等離子體 。 ② 光電離法和激光輻射電離 ③ 射線輻照法 用各種射線包括 α、 β、 γ射線或粒子束 (電子束 、 離子束 )等對氣體輻照也可產(chǎn)生等離子體 。 ① 氣體放電法 利用高壓電能氣體放電發(fā)光 氣體輝光放電形成等離子體 只要入射光量子大于或等于該物質(zhì)的第一電離能 ， 就可形成等離子體 。 不僅可以用來大幅度地提高反應(yīng)速率 ，而且可借以產(chǎn)生常溫條件下不可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 。 特別是處于激發(fā)狀態(tài)的高能離子或原子 ， 可促使很多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生；② 由于任何氣態(tài)物質(zhì)均能形成等離子體 ,所以很容易調(diào)整反應(yīng)系統(tǒng)氣氛 ,通過對等離子介質(zhì)的選擇可獲得氧化氣氛 、還原氣氛或中性氣氛； ③ 本身是一種良導(dǎo)體 ， 能利用磁場來控制等離子體的分布和它的運動 ， 有利于化工過程的控制； ④ 熱等離子體提供了一個能量集中 、 溫度很高的反應(yīng)環(huán)境 。 每個等離子腔 體等效一個像 素 ,由這些像素的明暗和顏色變化 , 合成各種灰度和色彩的電視圖像 , 類似顯像管發(fā)光 。每個等離子腔體都充有惰性氣體。 太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其核聚變反應(yīng) 低溫等離子體 （ 或稱冷 等離子體或稱低溫等離子體 ）是指在等離子體內(nèi)電子的溫度很高 ， 可達上萬開 ， 但離子與氣體的溫度接近常溫 ， 從而形成熱力學(xué)的不平衡 ， 所以又稱為非平衡等離子體 ， 如電暈放電 、 輝光放電 、 微波等離子體等均屬于此類 。 太陽和恒星不斷地發(fā)出這種等離子體 ， 組成了宇宙的99％ 。 看似 “ 神秘 ” 的等離子體 ， 其實是宇宙中一種常見的物質(zhì) ， 在太陽 、 恒星 、閃電中都存在等離子體 ， 它占了整個宇宙的 99％ 。 等離子體是一種很好的導(dǎo)電體 ， 利用經(jīng)過巧妙設(shè)計的磁場可以捕捉 、 移動和加速等離子體 。 這種色帶結(jié)構(gòu)的氣凝膠在 “ 縱向伸展 ” 方向上非常不易彎曲 ，但是它的橫向強度卻比縱向強度弱 100萬倍 。 極低的熱導(dǎo)率 極低的密度 平均溫度 /℃ 常規(guī)氣凝膠材料 耐高溫氣凝膠保溫材料 硅酸鋁棉 巖 棉 24 100 200 300 400 壽命變短 500 不能使用 600 不能使用 700 不能使用 不能使用 800 不能使用 不能使用 900 不能使用 不能使用 1000 不能使用 不能使用 幾種保溫材料的熱導(dǎo)率比較 /W/(m?K) 科學(xué)：美研制高強度氣凝膠打造機器人肌肉 重 2克的氣凝膠 支 撐 著 重 公斤的磚頭 新型氣凝膠材料將可打造未來超強機器人 加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的工程師約翰 孔隙率很高 ， 可高達%；納米級別孔洞 (~20nm) 和三維納米骨架顆粒(2~5nm)；高比表面積 ， 可高達 1000m2/g；低密度 ， 可低至 ； 極 低 的 熱 導(dǎo) 率 ， 常 溫 下 可 以 低 至(m?K)， 比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)還低；強度低 ， 脆性大 ，強度很低 。西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 COLLEGE OF CHEMISTRY amp。 MATERIALS SCIENCE 簡明無機合成化學(xué) CONCISE INORGANIC SYNTHESIS CHEMISTRY 西北大學(xué)碩士研究生和本科生高年級 用教材 第 5 章 等離子體合成 /化學(xué) 氣相沉積合成 /溶膠 凝膠法合成與 應(yīng)用 本章引言 等離子體合成 化學(xué)氣相沉積合成 溶膠 凝膠法合成 本章引言 氣凝膠 （ aerogels） 通常是指以納米量級超微顆粒相互聚集構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ， 并在網(wǎng)絡(luò)孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料 。 因此 ， 它們被廣泛地應(yīng)用在超級絕熱材料 ， 如熱電池 、 軍事及航天領(lǐng)域 、 工業(yè)及建筑絕熱等領(lǐng)域 。馬登 (John Madden)博士指出 ， 這種材料兼具鉆石和橡膠的特性 。 Ali E. Aliev, Jiyoung Oh, Mikhail E. Kozlov, et , 2022,323( 5921): 1575 ~1578 等離子體合成 概念與實例 ? 概念 等離子體 (plasma)是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負電子組成的離子化氣體狀物質(zhì) ， 物質(zhì)存在的第四態(tài) 。 等離子體物理的發(fā)展為材料 、 能源 、 信息 、 環(huán)境空間 ， 空間物理 ， 地球物理等科學(xué)的進一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝 。 宇宙爆發(fā)中會釋放出大量等離子體 (巨大的聚變反應(yīng)堆 ) 等離子體的生成 高溫平衡等離子體(或稱熱等離子體或稱高溫等離子體 )只有在溫度足夠高時發(fā)生 。 在高溫等離子體中 ， 電子溫度 、 離子溫度及氣體的溫度完全一致 ， 在 108~109K 范圍之內(nèi) ， 如太陽內(nèi)部 ， 核聚變產(chǎn)生的等離子體就屬于這種 。 電暈放電 (a)和輝光放電形成非平衡等離子體 (b) (a) (b) 等離子體造就的宇宙和自然奇觀 星云 太陽表面 極光 閃電 ? 實例說明：等離子電視機 與普通顯像管、背投、液晶彩電等完全不同 , 等離子彩電的顯示屏是由相距幾百微米的兩塊玻璃板 , 中間排列大量的等離子腔體密封組成的。對其施加電壓 , 就產(chǎn)生紫外光 , 激勵 平板顯示屏上的紅綠藍三基色熒光粉 發(fā)光。 等離子體的特點及獲得方法 ? 離子體的主要特點 ① 具有正 、 負離子 ， 可作為中間反應(yīng)介質(zhì) 。 溫度為 104~105℃ 的熱等離子體是目前地球上溫度最高的可用熱源 。 ? 等離子體的獲得方法 等離子體的主要產(chǎn)生途徑 在電場作用下獲得加速動能的帶電粒子與氣體分子碰撞 、 加之陰極二次電子發(fā)射等機制的作用 ， 導(dǎo)致氣體擊穿放電而形成等離子體 。 激光輻射不僅有單光子 ， 還有多光子和級聯(lián)電離機制 ， 還可獲得高溫高密度等離子體 。 借助熱運動動能使氣體中足夠大的原子 、 分子相互碰撞引起電離 。 ④ 燃燒法 每個發(fā)光的火焰都 是一個等離子體 當(dāng)沖擊波在氣體中通過時，氣體受絕熱壓縮產(chǎn)生的高溫來獲得等離子體。 ⑤ 沖擊波法 核爆炸后產(chǎn)生的沖擊 波等離子體 ⑥ 微波誘導(dǎo)法 微波輻射可以加劇分子運動 ， 提高分子平均能量 ， 利用微波可以誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體 。 ① 等離子體冶煉 等離子體電弧熔煉爐示意圖 許多設(shè)備的部件應(yīng)能耐磨耐腐蝕 、 抗高溫 ， 為此需要在其表面噴涂一層具有特殊性能的材料 。 ② 等離子體噴涂 等離子噴涂原理 設(shè)備總圖 1－主電源； 2－直流電源； 3－冷卻水泵； 4－水冷器； 5－預(yù)熱器； 6－壓力計； 7－流量計； 8－載粉氣； 9－送粉器； 10－控制臺； 11－等離子槍； 12－工作氣體 中科院等離子體噴涂工藝研究獲進展 中國科學(xué)院力學(xué)研究所工程科學(xué)部馬維等人研究發(fā)現(xiàn) ，采用層流等離子體噴涂工藝可在一般制備環(huán)境下沉積材料性能明顯優(yōu)化的熱障涂層 。 因此 ，該工藝具有一定的應(yīng)用開發(fā)潛力 。 特點是焊縫平整 ， 可以再加工 ,沒有氧化物雜質(zhì) ,焊接速度快 。 等離子體堆焊原理圖 等離子體焊接 ④ 等離子體切割 以壓縮空氣為工作氣體 , 以高 溫 高 速 的 等 離 子 弧 為 熱源 、 將被切割的金屬局部熔化 、并同時用高速氣流將已熔化的金屬吹走 、 形成狹窄切縫 。 特點是切割速度快 、 切縫狹窄 、 切口平整 、 熱影響區(qū)小 、 工件變形度低 、 操作簡單 ， 并且具有顯著的節(jié)能效果 。 ⑤ 等離子體刻蝕 高密度等離子體刻蝕機是一種刻蝕速率高 、 加工精度高 、 損傷小的新一代先進刻蝕機 。 可刻蝕出幾十納米的近 90度陡直的圖形；還可用于幾百微米深的 MEMS Si深刻蝕和 W的深刻蝕 。 低壓等離子體廣泛用于如下領(lǐng)域： ★塑料、玻璃、陶瓷材料等的改性處理，提高材料表面的親水性能，改善材料表面張力； ★材料表面清洗； ★薄膜材料制備與表面接枝； ★殺菌消毒； ★等離子體刻蝕。 處理后的廢物 、 廢液可達到國家排放標準 。等離子體中粒子的能量一般約為幾個至幾十電 子伏特 ， 大于聚合物材料的結(jié)合鍵能 (幾個至十幾電子伏特 )， 完全可以破裂有機大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵；但遠低于高能放射性射線 ， 只涉及材料表面不影響基體的性能 。 1200℃ 合成試樣的顯微結(jié)構(gòu) ★ 藺嫻等以淄博貧煤為原料 ,用射頻等離子體法合成碳納米管管 (CN Ts)和納米洋蔥狀富勒烯烯 (NSOFs),其直徑分布均勻 ,約為 10 nm 左右 ,準球狀的 NSOFs 直徑分布在8nm~30nm之間 ,石墨化程度較高。 原料中摻加適量 Al 能改善 Ti 3SiC2 的合成反應(yīng)并提高制備材料的純度 。 在 1 250 ℃ 溫度下燒結(jié) , 得到平均厚度達 5μm , 發(fā)育完善均勻的致密多晶體材料 , 具有與石 墨相似的加工性能。 1300℃ (a)及 1400℃ (b)溫度燒結(jié)下 Al2O313%TiO2表面斷裂的 SEM照片 ★ 張金玲等利用等離子激發(fā)原位反應(yīng)在碳鋼表面合成了 NiAl金屬間化合物涂層 ， 其涂層與基體呈冶金結(jié)合 , 無裂紋和氣孔等缺陷 ， 涂層的主要組成相為 Ni3Al和 NiAl,涂層組織為細密的樹枝晶 ,涂層的硬度高于基體 , 可