等离子体理论及其应用研究

内容节点: 概述; 实验/设备条件; 样品提取; 实验/操作方法; 实验结果/结论; 仪器/耗材清单

等离子体理论及其应用研究 1等离子体化学理论 等离子体是高度电离的气体，它由电子离子原子及分子组成混合气体，整个体系的正负电荷相等而呈中性，具有与一般气体不相同的性质，其内电子离子甚至中性粒子一般都具有较高的能量，所进行的各种化学反应，都是在高激发态下进行的，完全不同于经典的化学反应这样使等离子体内的原子或分子的本性通常都发生改变，如惰性气体也会变得化学活泼性很强，能生成XeF6和O2F2等等离子体内部粒子的质量相差很大，各粒子的运动情况也会有明显的差别，由于它是高度电离的气体，不能发生普通反应，它能导电，但在磁场作用下的运动情况也与普通气体不同所以它被列为除固体液体气体以外的第四种物态，称为等离子体，等离子体的英文名称是Plasma这是1927所朗缪尔（Langmir）在研究低压下汞蒸气放电现象时，给这样一种导电气体所起的名字它源于希腊方Pllaso，原是形成之意朗缪尔认为可以用这一名词代表由电子离子和中性原子所共同形成的物质根据气体解离程度的不同，等离子体又可分为高温等离子体（复合时可产生很高的温度，通常可达几万到几千万度）和低温等离子体（复合时可产生几百度到几万度温度）低温等离子体又可分热等离子体（温度在几千度到几万度）和冷等离子体（温度一般在几百度）地球上等离子体只能在实验条件下产生，气体放电是Z常用的人工产生等离子体的方法，还可以用微波加热激光加热高能粒子轰击方法产生等离子体例如氘气在温度高到105K时，就形成电子和氘核组成的等离子体，这时的气压可高达常压的1360倍然而等离子体在自然界却是大量存在的，宇宙中绝大多数（或99%以上的物质，都是以等离子状态存在的）恒星和星际空间的物质，绝大部分呈等离子状态，地球上的一些自然现象，如电离层，极光闪电等都和等离子体有关，研究天体物理的许多问题如星系结构，恒星表面现象，太阳风等也都与等离子体有关等离子体理论涉及到物理学气体动力学电磁学化学等学科，现已成为一门新兴的交叉学科 2等离子体理论的应用 等离子体理论是一个新兴领域，各种人工产生的等离子体可用于等离子体切割（即以高温高速的等离子体弧为热源切割高熔点金属或非金属），等离子喷涂（利用等离子体的高温使金属熔化，然后以高速喷涂在器件上，形成牢固的薄膜），受控热核聚变反应（在高温下实行核聚变反应），聚合反应以及材料制备化合物制备科学实验等，现已被广泛应用于原子能钢铁冶金半导体陶瓷塑料机械加工等方面，把这新理论用于化学反应，不仅能合成许多无机化合物和有机化合物，而且还能合成采用通常方法难以合成或不能合成的一些化合物（如氟化氙），显示了独特的优越性等离子体化学反应与已实现工业化的一些高温化学反应光化学反应催化反应放射或辐射化学反应相比具有较高的效率和良好的选择性例如几乎所有的氧化物硫化物及氯化物在热等离子体的高温条件下都会发生分解，象锆英石ZJSO4能分解成二氧化锆，是优异的耐火材料（熔点2973K），可用在陶瓷搪瓷等的着色剂流程短耗电少成本低无三废四氯化钛被氧化成二氧化钛，粉粒细成本低已取代传统工艺在有机合成反应及有机聚合反应中，应用冷等离子体的电子温度高，体系温度低的特点，还可能引起环状化合物的环收缩环扩大环开裂有机化合物中的原子或小集团的脱离（如HCOCO2等），本文仅就采用等离子体理论合成无机化合物化学气相沉积高分子材料变性及等离子体聚合反应作了研究等离子清洗机（器）