场诱导化学合成法1.ppt

(一)激光诱导合成法 激光简介 激光与无机化学合成 激光简介 近几十年来，随着激光技术的应用与发展，出现了一门崭新的边缘学科——激光化学。 它和经典的光化学反应一样，是研究在光子与物质相互作刚的过程中，物质激发态的产生、结构、性能及其相互转化的一门学科。 其他类型激光器 1 CO2激光器 2 He-Ne激光器 3 Ar离子激光器 4 准分子激光器 5 固体激光器 6 自由电子激光器 CO2激光器 属于气体激光器，分子激光器 波长 9－11?m，最常见10.6 ?m 效率高 光束质量好 功率范围大（几瓦～几万瓦） 运行方式多样 结构多样 CO2激光器工作原理 He-Ne激光器 气体原子激光器 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm为最常见。 功率在mW级，最大1W 光束质量好，发散角可小于1mrad 单色性好，带宽可小于20Hz 稳定性高 He-Ne激光器工作原理 准分子激光器 准分子指在激发态能够暂时结合成的不稳定分子（Excimer） 高重复率 可调谐 量子效率高 波长短，紫外到可见区 YAG 固体激光器 激光与无机化学合成 1.激光催化化学反应 2.激光诱导化学反应 3.激光选择化学反应 4.激光显微化学反应 5.激光合成材料中的应用 1.激光催化化学反应 激光催化加快化学反应速度 表1列举了一些激光催化反应的效果。 2.激光诱导化学反应 有些化学反应，在常温、常压下难发生的，但在激光的作用下，反应能在常温常压下顺利进行. 例如，BCl3和H2S的反应就是代表性的例子。CO2激光器发射出的10.6μm，与BCl3中的B-Cl键振动频率相一致，所以BCl3受激发H2S对CO2激光是透明的 3.激光选择化学反应 有些化学反应(热反应、经典光化学反应等)在通常条件下是一种方向，而在激光的作用下则会改变反应方向。或是在混合物中，或是同位素中，激光能激发某些原于、分子或同位素，而其余则不被激发，这种反应称之为定向反应或选择化学反应。激光选择化学反应已成了无机物分离提纯的全新技术手段。 激光选择分离稀土元素 稀土元素的化学性质是非常近似的。用化学方法分离，不但工艺繁杂，而且效率低，成本高。美国海军研究所Donohue等人用准分子激光器的紫外输出引发液相中的稀土元素反应，成功地分离了铕和铈。 氧化态的变化会引起溶解度、可萃取性或反应性的变化，再用适当的化学方法就可达到分离之目的。例如，用氟化氩激光器193nm的紫外光输出激光激发Eu3+的水溶液，可使Eu3+还原为Eu2+，再用SO42-沉淀，而铈留在溶液之中。反应为： 在0.01mol/L的Ce稀土溶液中进行实验，用250nm的激光照射稀土溶液，就会发生光氧化反应，再用IO3-沉淀，反应为： 4.激光显微化学反应 利用激光的方向性可实现显微化学反应，这在集成电路和半导体器件的生产中可用于修补、扫描无掩膜光刻、欧姆接触及局部掺杂等。 （a)激光化学沉积（LCVD） 化学气相沉积(CVD)是晶体生长和薄膜生长的一种有效技术， 它是通过加热置于氧化或还原气氛中的基板进行气相沉积，通常在整个基板表面上都有沉积发生。 CVD特点：基板进行长时间的高温加热，因此不能避免杂质的迁移和来自基板的自掺。 LCVD优点：不用直接加热整块基板，可按照需要进行沉积。空间选择性好，甚至可使薄膜生长限制在基板的任意微区上。局部可控沉积 激光沉积与化学气相沉积相比具有很多优点： (1)激光学沉积面积只有10-4 cm2，而化学气相沉积则是数个cm2。 (2) SiH4的压力比化学气相沉积高2-3数量级。沉积速率比化学气相沉积快2-3数量级。 5.激光合成精细陶瓷粉末 激光合成精细陶瓷粉末的基本原理： 1）利用了反应物对激光的强吸收性，用吸收的能量引发气相化学反应，生成固态精细粉末。 2）生成物最好对激光不吸收或很少吸收。 特点：a.反应区界限很分明，而且范围小； b. 具有反应气体均匀快速的加热率； c. 具有生成物的快速冷却率； d. 具有反应温度的阈值； 当温度高于这一值时，反应快速进行，均匀成核。 (二)等离子诱导合成法 等离子体简介 等离子体与无机化学合成 等离子体简介 物质除固、液、气三种状态外，还有第四种状态，即等离子体状态。 气体在外力的作用下发生电离，产生数量相等．电