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维普资讯 现代化学新技术——等离子体化学 侯仲轲 黄明智 臧开保 (国家南方农药创制中心湖南基地 长沙410007) 摘 要：本文概述了等离子体 (plasma)化学新技术的发展概况、作用机理，阐述了其在高分子化学、无机有机化学及 新药刨制三方面的应用与前景 关键词：等离子体 作用机理 高分子化学 无机有机化学 新药刨制 新技术 早在 1874年人们就发现某些气体放电的同时，往往伴生有少量的有机固态沉积物的生成…，但直到 70年 代末，人们才真正开始对等离子体 (plasma)进行详细研究。等离子体是物质固、液、气三态以外的第四态， 是一种全部或部分电离了的气体，其中包括有离子、电子和各种中性粒子 (常常是 自由基)，具有极高的化学 反应活性。1985年7月首次召开的等离子体国际讨论会上，科学家们把等离子体分为热等离子体 (HTP)和低 温等离子体 (LTP)。HTP是由大气电弧、电火花或火焰产生的，是一种全部电离了的气体，离子和电子处于热 平衡，温度高达万度，能量高达万电子伏特，一般用于有毒物质 (如多氯联苯)的分解和耐温无机材料 (如 TiN和Si,N4)的合成。而LTP是一种部分电离了的气体，气态的分子和离子的温度与环境相同，能量约为 1—10 电子伏特，与分子问键能相近，因此，LTP在材料表面改性、特种功能膜、金属蚀刻等多方面得到了广泛的应 用。近年来，LTP已逐步渗透到无机和有机化学合成领域。特别是利用plasma多活性中心和高反应活性的特 性，人们开始探求使用少数几种原料同时合成成千上万个结构新颖的化合物，以寻求具有生物活性的先导化合 物，这与组合化学、高通量筛选一起给我们新药刨制研究带来了一场全面高科技化的革命。 一 、 等离子体作用机理 自然界中的闪电、极光、恒星等都是等离子体现象，人工可以借助气体放电、电子流、激光或核裂变等 方法产生plasma。图1显示典型自然与人工产生的等离子体特性。其中利用低压辉光放电技术 (L0w—Pressure GlowDischarge)产生的低温等离子体 (LTP)是产生plasma 的常见方法c如图2)_2_。 图1自然与人工产生的等离子体特性 图2 Low—PressureGlowDischargePlasma装置 LTP中起主要作用的是高速电子，由于是超低压 (~iPa)，分子间距离比常压时大得多，电子在空间中受 电场作用长距离加速易获得若干电子伏特的能量 (i-10ev)。众所周知，构成物质的原子间的共价键键能一般 约为60120Kcal／molc3-6ev)，因此，这种高能电子遇到原子或分子，将会使之激发离解或断裂而生成新的自 由离子 电子、自由基等活性粒子，这些等离子的碎片经过互相碰撞，形成各种各样的中性分子。任何有机和 无机物，只要当温度350℃时，其蒸汽压≥0．itorr．都能发生 plasma反应。因此，plasma化学反应可以实 现几乎所有物质间的反应，台成出用传统方法难以合成 (甚至是不可能合成)的新物质。 18 2o01年第 3期 (总第 l9期) 维普资讯 等离子体化学反应，主要有下列四种类型： ① A(g)+B (g)一c (g) ② A(g)+B (g)一C (g)+D (S) ⑧ A(g)+B (g)一c (S) (D A(g)+B(g)+M (S)一AB (g)+M (s) ()式为化学蒸发，主要应用于集成电路的蚀刻；②式为化学气相沉积，主要应用于特异功能膜的制备：③式应用于材料表面改 性 ；④式则适用于无机和有机化学台成。 二、等离子体在高分子化学中的应用 1 物质表面改性 有数据表明 ：LTP的能量只有 1一 l0ev，电子密度 l0’一 l0”／cin．并仅产生于气相中，只作 用于材料表面。LTP中各种能量粒子与材料表面的作用，有可能在材料表面引人特定官能团，产生表面