等离子体化学

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  等离子体化学汉语拼音:Dengliziti Huaxue;英语:plasmatic chemistry),研究低温等离子体条件下化学反应的化学分支学科。

简介

  物质一般有固态、液态和气态三态,等离子体却被认为是物质的第四态。为了使气体变成等离子体,必须使其电离。根据电离度大小,将等离子体分成两类:高温等离子体(电离度大于0.1%)和低温等离子体(电离度小于0.1%)。在太阳内部,等离子体温度极高,是高温等离子体,所发生的反应是核聚变。等离子体化学主要研究低温等离子体条件下发生的化学反应。

产生方法

  产生等离子体的方法有三种:

  ①热电离。任何物质加热到足够高的温度都会成为等离子体 ;

  ②辐射电离。用高能辐射如紫外线、X射线、γ射线等辐照稀薄气体 ,使其电离;

  ③放电电离。气体在外加电场(直流电场和射频电场)作用下放电。人为进行的等离子体化学反应主要用第三种方法。

  气体放电时可发生化学反应,如空气中的电火花可产生臭氧;氢气和氮气在碳电弧放电时可生成氢氰酸 HCN,这些都是等离子体化学反应。但是,低温等离子体化学作为一门学科出现,还是20世纪60年代的事。

化学反应

  等离子体条件下发生化学反应的大致过程是:通过低气压下的辉光放电或高频放电,产生低温等离子体,自由电子从电场中获得足够的能量之后,跟气体中的原子或分子碰撞,使其激发或电离,由此产生的激发态分子、离子、自由基都具有较高的化学活性,可发生在一般条件下无法进行的化学反应,例如,使有机分子断裂或聚合。用等离子体聚合的方法可以制备各种特殊性能的聚合物薄膜,有的薄膜具有优良的介电性质,可作为微电子器件的电容元件或集成电路中的绝缘材料。用特殊的有机单体通过等离子体聚合可在各种人造器官上形成抗血凝的薄膜。由等离子体聚合制备的非晶态硅在可见光范围内吸收系数比晶态硅大30倍,它的光电转换效率高、制备工艺简单、成本低,可用作太阳能电池的材料。低温等离子体还能够与金属发生反应,用金属作电极,在其表面上可形成一层特殊的物质,如铁表面经氮化处理后生成氮化铁,可提高表面的耐磨、耐蚀、耐热性能和疲劳强度。用同样的办法进行表面氧化处理,可制备几百埃的SiO2、Al2O3、Ta2O5等薄膜,在宇航工业上可用作性能良好的耐高温材料。