简明无机合成第5章

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1、西北大学化学与材料科学学院COLLEGEOFCHEMISTRY&MATERIALSSCIENCE简明无机合成化学CONCISEINORGANICSYNTHESISCHEMISTRY西北大学硕士研究生和本科生高年级用教材第5章等离子体合成/化学气相沉积合成/溶胶-凝胶法合成与应用本章引言5.1等离子体合成5.2化学气相沉积合成5.3溶胶-凝胶法合成本章引言气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。孔隙率很高，

2、可高达99.8%；纳米级别孔洞(~20nm)和三维纳米骨架颗粒(2~5nm)；高比表面积，可高达1000m2/g；低密度，可低至0.003g/cm3；极低的热导率，常温下可以低至0.013W/(m•K)，比空气的导热系数还低；强度低，脆性大，强度很低。因此，它们被广泛地应用在超级绝热材料，如热电池、军事及航天领域、工业及建筑绝热等领域。极低的热导率极低的密度平均温度/℃常规气凝胶材料耐高温气凝胶保温材料硅酸铝棉岩棉240.0150.0170.041000.0160.0190.052000.018

3、0.0210.073000.0200.0230.060.094000.0280.025寿命变短5000.0340.0280.10不能使用6000.0390.031不能使用700不能使用0.0350.13不能使用800不能使用0.039不能使用900不能使用0.0450.15不能使用1000不能使用0.052不能使用几种保温材料的热导率比较/W/(m•K)科学：美研制高强度气凝胶打造机器人肌肉重2克的气凝胶支撑著重2.5公斤的砖头新型气凝胶材料将可打造未来超强机器人加拿大不列颠哥伦比亚大学的工程师

4、约翰·马登(JohnMadden)博士指出，这种材料兼具钻石和橡胶的特性。这种色带结构的气凝胶在“纵向伸展”方向上非常不易弯曲，但是它的横向强度却比纵向强度弱100万倍。AliE.Aliev,JiyoungOh,MikhailE.Kozlov,etal.Science,2009,323(5921):1575~15785.1等离子体合成5.1.1概念与实例⑴概念等离子体(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，物质存在的第四态。等离子体是一种很好

5、的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。宇宙爆发中会释放出大量等离子体(巨大的聚变反应堆)等离子体的生成高温平衡等离子体(或称热等离子体或称高温等离子体)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

6、温度及气体的温度完全一致，在108~109K范围之内，如太阳内部，核聚变产生的等离子体就属于这种。太阳的内部结构及其核聚变反应低温等离子体（或称冷 等离子体或称低温等离子体）是指在等离子体内电子的温度很高，可达上万开，但离子与气体的温度接近常温，从而形成热力学的不平衡，所以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。电晕放电(a)和辉光放电形成非平衡等离子体(b)(a)(b)等离子体造就的宇宙和自然奇观星云太阳表面极光闪电⑵实例说明：等离子电视机与普通显像管、背投、液晶

7、彩电等完全不同,等离子彩电的显示屏是由相距几百微米的两块玻璃板,中间排列大量的等离子腔体密封组成的。每个等离子腔体都充有惰性气体。对其施加电压,就产生紫外光,激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发光。每个等离子腔体等效一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化,合成各种灰度和色彩的电视图像,类似显像管发光。5.1.2等离子体的特点及获得方法⑴离子体的主要特点①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；②由于任何气态物质均能形成等离子体,所以很容易调

8、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；③本身是一种良导体，能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动，有利于化工过程的控制；④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104~105℃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。⑵等离子体的获得方法等离子体的主要产生途径在电场作用下获得加速动能的带电粒子与气体分子碰撞、加之阴极二次电子发射等机制的作用，导致气体击穿放电而