1、新 型 無(wú) 機(jī) 材 料 李 伯 剛 第一部分緒論 材料學(xué)科發(fā)展概況 制備材料的新技術(shù) 教學(xué)目的及要求 對(duì)無(wú)機(jī)材料的發(fā)展概況和前沿領(lǐng)域（新型材料和制 備材料的新技術(shù)）有基本和概況性的了解，以開(kāi)闊專(zhuān)業(yè) 視野，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力 教學(xué)內(nèi)容 重點(diǎn)介紹新型無(wú)機(jī)材料發(fā)展概況 、制備材料的新技術(shù) （溶膠凝膠技術(shù)、等離子體技術(shù) *、化學(xué)氣相沉積與物 理氣相沉積技術(shù)*、激光技術(shù)、微波燒結(jié)、自蔓延高溫合 成等）、低維材料（納米粉體、晶須、光導(dǎo)纖維、碳纖 維、金剛石與類(lèi)金剛石薄膜 *等）、新型功能材料（非晶 態(tài)材料、梯度功能材料、納米材料 *、高溫超導(dǎo)材料*等） 和先進(jìn)復(fù)合材料 【注】下劃線為重點(diǎn)，打*號(hào)的為難

2、點(diǎn) 成 績(jī) 評(píng) 定 采用考勤、作業(yè)和期末考試相結(jié)合的評(píng)定方式。 其中： 考勤占10（隨機(jī)點(diǎn)名10次，每缺席一次扣 1分， 累計(jì)3次取消參加期末考試資格） 作業(yè)占30（計(jì)算和文獻(xiàn)查閱。手寫(xiě)，謝絕打印。 若發(fā)現(xiàn)抄襲，雙方均酌情扣分） 期末考試占60 新型無(wú)機(jī)材料作為一類(lèi)新材料，應(yīng)從對(duì) 新材料的整體認(rèn)識(shí)中去界定和把握，而新材 料的產(chǎn)生是與材料學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)的， 故應(yīng)首先對(duì)材料學(xué)科的發(fā)展概況有基本的了 解，在材料學(xué)科發(fā)展的大背景中去認(rèn)識(shí)新材 料的特性和發(fā)展趨勢(shì) 第一章材料學(xué)科發(fā)展概況 ? 材材 料料 的的 重重 要要 性性 和和 歷歷 史史 地地 位位 ? 材材 料料 的的 分分 類(lèi)類(lèi) ? 材 料

3、 學(xué) 科 發(fā) 展 趨 勢(shì) ? 材材 料料 科科 學(xué)學(xué) 與與 工工 程程 ? 新新 材材 料料 ? 新新 型型 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 材材 料料 1.1 材料的重要性和歷史地位材料的重要性和歷史地位 歷史地位：人類(lèi)文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志 現(xiàn)實(shí)重要性：現(xiàn)代文明的一大支柱 1.1.1材料是人類(lèi)文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志材料是人類(lèi)文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志 石器時(shí)代 制陶業(yè) 青銅器時(shí)代（公元前5000年） 鐵器時(shí)代（公元前1200年） 近代工業(yè)革命（18世紀(jì)末,鋼鐵產(chǎn)量成為國(guó)力重要標(biāo) 志，我國(guó)開(kāi)展全民大煉鋼鐵運(yùn)動(dòng)） 新技術(shù)革命（20世紀(jì)中葉，硅半導(dǎo)體、功能陶瓷等無(wú)機(jī) 材料重新成為材料主體新石器時(shí)代） 1.1.2 材料是

4、現(xiàn)代文明一大的支柱材料是現(xiàn)代文明一大的支柱 ?材料、信息、能源 被譽(yù)為現(xiàn)代文明的三大支柱 ?新材料、信息技術(shù)、生物技術(shù) 是新技術(shù)革命的主要標(biāo)志 1.2 材料的分類(lèi)材料的分類(lèi) ?按組成分類(lèi) 金屬材料（純金屬，合金） 無(wú)機(jī)非金屬材料（水泥 玻璃 陶瓷 人工晶體 碳素材料等） 有機(jī)高分子材料復(fù)合材料 ?按性質(zhì)分類(lèi) 結(jié)構(gòu)材料（主要應(yīng)用材料的力學(xué)性能用于制做承重材料和構(gòu)件） 功能材料（主要應(yīng)用材料的物理性能用于制做功能部件） ?按用途分類(lèi) 建筑材料 航空航天材料 電子材料 生物材料 能源材料等 1.3 材料學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)材料學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 長(zhǎng)期以來(lái)人們已習(xí)慣于將材料分為金屬材料、 無(wú)機(jī)材料和有機(jī)高分子材料，

5、各類(lèi)材料有特定的組 成結(jié)構(gòu)、不同的性能和應(yīng)用范圍，與之相應(yīng)，材料 專(zhuān)業(yè)也按此劃分，自成體系。然而近些年來(lái)材料領(lǐng) 域出現(xiàn)的、日漸明顯的多樣化基礎(chǔ)上的“一體化” 趨勢(shì)和信息爆炸，正日益強(qiáng)烈地沖擊著傳統(tǒng)的體系 和觀念，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面 （1）各類(lèi)材料間的界線趨于模糊）各類(lèi)材料間的界線趨于模糊 ?已出現(xiàn)非晶態(tài)的“金屬玻璃” ?一定條件下金屬可以獲得“超塑性” ?在通常為絕緣體的氧化物中發(fā)現(xiàn)了“高溫超導(dǎo)體” ?高分子材料中也有導(dǎo)體、半導(dǎo)體甚至鐵磁體 ?通常是脆硬的陶瓷和水泥領(lǐng)域也已開(kāi)發(fā)出 “增韌陶瓷”和“韌性無(wú)缺陷水泥” ?大量出現(xiàn)的各種復(fù)合材料、梯度材料和原子尺度的 層狀“超結(jié)構(gòu)材料”更難以歸屬某一

6、傳統(tǒng)材料類(lèi)別 （2）應(yīng)用上各類(lèi)材料間的相互替代與復(fù)合）應(yīng)用上各類(lèi)材料間的相互替代與復(fù)合 ?工程塑料成為新的建筑結(jié)構(gòu)材料 ?高分子復(fù)合材料已用作車(chē)身和機(jī)身材料 ?已出現(xiàn)水泥船、玻璃鋼船和全塑船 在某一應(yīng)用領(lǐng)域固守某些傳統(tǒng)材料已非明智 ?與相互替代的情形相比，各類(lèi)材料間的復(fù)合化 趨勢(shì)更是勢(shì)不可擋，綜合性能優(yōu)異的新型復(fù)合材 料層出不窮, 不斷演繹著材料版的“這邊風(fēng)景獨(dú)好” （3）各類(lèi)材料間理論和分析檢測(cè)手段的互通 ?研究金屬范性變形時(shí)提出的位錯(cuò)理論已成功用于指導(dǎo)半導(dǎo) 體的缺陷工程，大大提升了半導(dǎo)體的性能 ?針對(duì)玻璃的脆性體斷裂理論（認(rèn)為微裂紋前端的應(yīng)力集中 致使玻璃的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度）在金屬

7、材料中的 應(yīng)用使金屬的斷裂預(yù)測(cè)和韌性提高獲得突破性進(jìn)展；后來(lái) 又應(yīng)用于陶瓷材料，發(fā)展出使陶瓷韌化的相變?cè)鲰g、纖維 增韌和微粉增韌等有效手段，出現(xiàn)了增韌陶瓷 采用和借鑒其他材料的原理、方法和 手段已成為改進(jìn)材料性能的重要途徑 從現(xiàn)有的趨勢(shì)看，在各類(lèi)不同材料研究中 發(fā)展起來(lái)的理論和方法，正通過(guò)相互借鑒、溝 通和啟發(fā)逐漸匯聚成統(tǒng)一的整體，一個(gè)適用于 各類(lèi)材料的統(tǒng)一理論體系正在構(gòu)建和形成 不過(guò)，要建立起成熟完整的新的材料理論 體系，還有很長(zhǎng)一段路要走 1.4 材料科學(xué)與工程（大材料）材料科學(xué)與工程（大材料） 為順應(yīng)材料發(fā)展的一體化趨勢(shì)，推動(dòng)各類(lèi)材料 在研究方法、基礎(chǔ)理論、制備、檢測(cè)方面的相互借鑒， 促

8、進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展，以及有利于培養(yǎng)具有更廣闊專(zhuān)業(yè) 視野和應(yīng)變能力的新材料開(kāi)發(fā)人才, “ 材料科學(xué)與工程” 在美國(guó)學(xué)者的倡導(dǎo)下，于20世紀(jì)70年代應(yīng)運(yùn)而生， 并很快為各國(guó)學(xué)者廣泛接受，設(shè)立材料科學(xué)與工程系 寬口徑培養(yǎng)材料人才已成為各國(guó)高校的普遍選擇 材料科學(xué)與工程的特點(diǎn)材料科學(xué)與工程的特點(diǎn) ?為交叉學(xué)科 ?是合成制備組成結(jié)構(gòu)性質(zhì)使用效能四位 一體、相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的學(xué)科體系 ?面向材料開(kāi)發(fā)與有效運(yùn)用，有很強(qiáng)的應(yīng)用背景 1.5 新 材 料 新材料是指新近研制成功或正在研制中 的，具有較傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的性能或特殊功 能，對(duì)高技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展具有推 動(dòng)作用的一類(lèi)材料。所以人們總是將新材料

9、與高技術(shù)相提并論 新材料的特點(diǎn)新材料的特點(diǎn) ?知識(shí)密集往往運(yùn)用了當(dāng)代科技的最新成就， 或是多學(xué)科交叉研究的產(chǎn)物 ?技術(shù)密集其制備往往利用了一些極端條件 和尖端工藝工程控制技術(shù) ?資金密集設(shè)備投資大、開(kāi)發(fā)難度和風(fēng)險(xiǎn)大、 技術(shù)保密性強(qiáng)、更新?lián)Q代快 ?附加值高其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原料成本，使用 價(jià)值亦非傳統(tǒng)材料所能比肩 新材料開(kāi)發(fā)的主要?jiǎng)酉蛐虏牧祥_(kāi)發(fā)的主要?jiǎng)酉??90年代美國(guó)“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告”中材料領(lǐng)域列 出五大關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目：材料合成與加工、電子與光 電子材料、陶瓷、復(fù)合材料、高性能金屬與合金 ?資料統(tǒng)計(jì)顯示，當(dāng)前最受關(guān)注的六大材料為：光電 子信息材料、先進(jìn)復(fù)合材料、先進(jìn)陶瓷材料、新型 金屬材料、高性能

10、塑料、超導(dǎo)材料 1.6 新型無(wú)機(jī)材料新型無(wú)機(jī)材料 新型無(wú)機(jī)材料與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料（玻 璃、陶瓷、水泥等）在原料、工藝、組 成結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能上均有所不同，因 而有著完全不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域 新型無(wú)機(jī)材料的特點(diǎn)新型無(wú)機(jī)材料的特點(diǎn) ?原料純化：用純化原料，并對(duì)原料狀態(tài)進(jìn)行控制 ?工藝精細(xì)化：采用更有力的工藝控制與過(guò)程干預(yù) ?組成形態(tài)多樣化：出現(xiàn)單晶、薄膜、纖維、超微 粉、復(fù)合等新形態(tài)，組成也遍 及各種不同元素間的化合物 ?高性能與多功能化：性能更好，大多具有獨(dú)特的 性質(zhì)和特殊功能 新型無(wú)機(jī)材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域新型無(wú)機(jī)材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域 ?信息：傳感、傳輸、存儲(chǔ)和處理材料 ?航空航天：燒蝕、復(fù)合增強(qiáng)材料，

11、吸波涂層等 ?能源：光電轉(zhuǎn)換材料、電池電極、超導(dǎo)磁體等 ?生物醫(yī)學(xué)：人工骨科、齒科和韌帶材料、生物 相容性涂層等 第二章第二章 制備材料的新技術(shù)制備材料的新技術(shù) 新材料總是與新技術(shù)的運(yùn)用聯(lián)系在一起 的，一如區(qū)熔提純單晶生長(zhǎng)技術(shù)之與硅鍺半 導(dǎo)體、高溫高壓技術(shù)之與合成金剛石、急冷 技術(shù)之與非晶態(tài)材料、熱等靜壓技術(shù)之與高 性能陶瓷、氣相沉積技術(shù)之與集成電路和光 導(dǎo)纖維 當(dāng)今制備材料新技術(shù)的主要特點(diǎn)當(dāng)今制備材料新技術(shù)的主要特點(diǎn) ?利用超高溫、超高壓、超高真空、微重力、強(qiáng)磁場(chǎng)、 強(qiáng)輻射、急速冷卻等極端條件 ?對(duì)材料制備的工藝過(guò)程和組織結(jié)構(gòu)實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控 ? 溶溶 膠膠 凝凝 聚聚 技技 術(shù)術(shù) ? 等等 離

12、離 子子 體體 技技 術(shù)術(shù) ? 激激 光光 技技 術(shù)術(shù) 2.1 溶膠凝膠(Sol-Gel)技術(shù) 即金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物 (前驅(qū)物)經(jīng)溶液 溶膠 凝膠 干燥固化，在溶膠或凝膠狀態(tài) 下成型(纖維、薄膜、塊體)，再經(jīng)熱處理 轉(zhuǎn)化為氧化物或其它化合物固體材料的方 法，是應(yīng)用膠體化學(xué)原理制備無(wú)機(jī)材料的 濕化學(xué)方法，已成為受到普遍重視的無(wú)機(jī) 材料制備新技術(shù) 2.1.1 Sol-Gel工藝方法工藝方法 ?傳統(tǒng)膠體法 ?水解聚合法 ?絡(luò)合物法 方法方法特點(diǎn)特點(diǎn)前驅(qū)物凝膠的化學(xué)特征適用適用 傳統(tǒng) 膠體法 通過(guò)調(diào)節(jié)pH值或 加入電解質(zhì)中和 顆粒表面電荷， 再經(jīng)溶劑蒸發(fā)促 使顆粒形成凝膠 無(wú)機(jī)化合物1 凝膠中固相成

13、分含量高 2 凝膠由稠密顆粒間的分 子間力建立 3 凝膠強(qiáng)度低，通常不透明 粉體 薄膜 水解 聚合法 通過(guò)前驅(qū)物的 水解和聚合形 成溶膠和凝膠 金屬醇鹽1 凝膠由前驅(qū)體水解產(chǎn)生的 無(wú)機(jī)聚合物建立 2 凝膠與溶膠體積相當(dāng) 3 凝膠化進(jìn)程控制時(shí)間 4 凝膠是透明的 薄膜 塊體 纖維 粉體 絡(luò)合絡(luò)合 物法物法 由絡(luò)合反應(yīng)形成 具有較大或復(fù)雜 配體的絡(luò)合物 金屬醇鹽 硝酸鹽 乙酸鹽 1 凝膠由絡(luò)合物通過(guò)氫鍵 建立 2 凝膠在水中能液化 3 凝膠是透明的 薄膜 粉體 纖維 2.1.2 水解聚合法的工藝原理水解聚合法的工藝原理 水解聚合工藝流程 （1）均相溶液的制備）均相溶液的制備 ?為確保醇鹽水解在分子

14、水平上進(jìn)行，須先制備醇鹽與 水的均相溶液，再加水水解 ?因醇鹽水溶性差，需加入既與醇鹽互溶、又與水互溶 的醇類(lèi) ，其加入量須保證避開(kāi)三元不混溶區(qū) （2）溶膠的形成原理 水解反應(yīng)： 酸性：(RO)3SiOR + H 3O+ 親電取代 (RO)3SiOH + HOR + H + 堿性： (RO)3SiOR + OH -親核取代 (RO)3SiOH + OR - 縮聚反應(yīng)： 失水縮聚：SiOH + HOSi SiOSi + H 2O 失醇縮聚：SiOH + ROSi SiOSi + ROH 酸性條件下，親電取代的活性隨醇鹽分子中OR的減少而下 降, 很難水解至Si(OH) 4 ，而縮聚反應(yīng)在充分水解

15、前即開(kāi)始, 故 水解縮聚產(chǎn)物的交聯(lián)度低; 而堿性條件下則容易獲得高交聯(lián)度 （3）凝膠化過(guò)程）凝膠化過(guò)程 縮聚反應(yīng)形成的聚合物小顆粒逐漸聚集長(zhǎng)大 形成小粒子簇，后者進(jìn)而相互連接成橫跨整個(gè)體 系的三維粒子簇連續(xù)固相網(wǎng)絡(luò)，液相則包裹在固 相骨架中，失去流動(dòng)性，由粘彈性的 Newton 體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂杏|變性的 Bingham 體 （4）凝膠的干燥 ?濕凝膠裹挾著大量的水和溶劑，干燥過(guò)程往往伴隨著 很大的體積收縮，易引起開(kāi)裂 ?引起凝膠收縮開(kāi)裂的應(yīng)力主要來(lái)自毛細(xì)管力，后者又 源于凝膠骨架中液體的表面張力，因而解決開(kāi)裂問(wèn)題 可從增強(qiáng)固相骨架和消除液相表面張力兩方面入手 ?可消除氣液界面的超臨界干燥是受到推崇

16、的有效方法 （5 5）干凝膠的熱處理）干凝膠的熱處理 ?熱處理是使干凝膠轉(zhuǎn) 變?yōu)榻M成、結(jié)構(gòu)和性 能均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的 無(wú)機(jī)材料制品 ?熱處理伴隨有較大的 體積收縮和氣體釋放， 故升溫速率不宜快 ?升溫制度將決定制品 是晶態(tài)還是非晶態(tài) 析晶區(qū) 2.1.3 Sol-Gel技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用 Sol-Gel 法的實(shí)質(zhì)是采用介觀層次上性能受 到控制的源物質(zhì) (Sol) 取代傳統(tǒng)工藝中的生 原料，可在材料制備的初期就對(duì)其化學(xué)狀 態(tài)、幾何構(gòu)型、粒級(jí)和均勻性等進(jìn)行控制 （1）合成溫度低）合成溫度低 ?比傳統(tǒng)方法低400500 ?可在熔化、析晶或分相溫度以下制備均 勻玻璃，使一些含難熔或高溫易分解

17、組 分的特殊性能玻璃的制備成為可能 ?燒結(jié)溫度的大幅降低，可制備一些用常 規(guī)方法難以制備的高溫陶瓷材料 （2）制品形式多樣 （3）特別適于薄膜和纖維制備 （4）在制備復(fù)合材料、特別是納米 復(fù)合材料方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì) （5）設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝靈活，制品純度高 教學(xué)要求教學(xué)要求 （1）Sol-Gel( 水解聚合)法制備材料的工藝過(guò)程 （2）Sol-Gel 技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 2.2 等離子體技術(shù)等離子體技術(shù) ?等離子體是一種電離氣體，由離子、電子及中性粒子 等組成，為 物質(zhì)的一 種高能量 聚集狀態(tài)(第四態(tài)) ?等離子體中粒子的能量可達(dá)數(shù)十、甚至上千電子伏特 (1eV=1.160485104K），其常規(guī)加

18、熱手段難以企及 的高溫、超高溫狀態(tài)，可使通常條件下不能發(fā)生或速 率很慢的化學(xué)反應(yīng)成為可能或瞬間完成，這種熱力學(xué) 或動(dòng)力學(xué)效應(yīng)使等離子體技術(shù)成為材料創(chuàng)新與合成的 強(qiáng)有力手段 2.2.1 等離子體的產(chǎn)生等離子體的產(chǎn)生 ?為獲得等離子體態(tài)，須使氣體電離，而氣體電離是氣態(tài) 粒子間相互碰撞的結(jié)果。因而從技術(shù)的角度可通過(guò)熱電 離、放電電離和輻射電離等使氣體變?yōu)榈入x子體 ?材料領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的是氣體在電場(chǎng)中的放電電離，用于 電離的電場(chǎng)可以是直流的，亦可為交變電場(chǎng)，故有直流 放電和高頻（交流）放電兩種不同放電電離方式 (1) 直流放電直流放電 在AB段(無(wú)光放電),隨著電源功率增加,電壓升高,荷電粒子能量 增大

19、,與氣體分子碰撞電離的幾率增加；B點(diǎn)以后,進(jìn)入高效電離 區(qū),電源功率的增加使電流密度迅速增大 ,介質(zhì)電阻持續(xù)降低,從 而保持電壓恒穩(wěn),體系微弱發(fā)光；至C點(diǎn),離子的能量已達(dá)從陰極 轟出電子的水平,大量的二次電子不但使CD段電壓陡降,也大大 促進(jìn)了氣體的電離；至D點(diǎn),擊出電子的數(shù)量與其碰撞電離的消 耗達(dá)到平衡,放電達(dá)到自持,體系發(fā)出明亮的輝光；此后,高密度 電離區(qū)逐漸向陽(yáng)極推進(jìn),并最終翻越陽(yáng)極排斥勢(shì)壘(EF), 造成F點(diǎn) 介質(zhì)擊穿: 極間電壓消失, 電流密度激增, 產(chǎn)生弧光放電 直流輝光放電直流輝光放電 陰極輝光區(qū) 二次電子的初始能 量較低,與氣體分子的碰撞只 使其激發(fā)發(fā)光,而不至電離； 陰極暗區(qū)

20、 電子使氣體分子電離, 產(chǎn)生大量離子和低速電子,相 對(duì)于電子,正離子質(zhì)量大，移 動(dòng)速度慢的多,故這一區(qū)域堆 積著大量正電荷,電壓差近乎 全部外加電壓,是能量高度集 中的、制備反應(yīng)的核心區(qū)域 負(fù)輝區(qū) 暗區(qū)產(chǎn)生的低速電子被 加速,又獲得激發(fā)分子的能量 法拉第暗區(qū)、正輝區(qū) 性質(zhì)同前, 只是電子和離子數(shù)的大幅減 少,致使這一較大空間內(nèi)二者 的密度幾乎相等,電壓降極小 弧光放電弧光放電 ?通常條件下，弧光放電等離 子體的溫度為 50006000K ?若采用右圖所示的裝置 ,將等 離子體限制在狹小空間內(nèi) ,并 外置冷流體冷卻弧柱 ,則由此 產(chǎn)生的熱壓縮效應(yīng)、磁壓縮 效應(yīng)和機(jī)械壓縮效應(yīng)會(huì)使弧 柱變細(xì),溫度急

21、劇升高,形成溫 度高達(dá)20000K以上、以近似 音速的速度從電極噴嘴噴出 的等離子體射流 等離子弧 ?等離子弧已廣泛用于機(jī)械加 工中的切割、焊接、噴涂、 超微粉體合成和薄膜的沉積 （2）高頻放電）高頻放電 ?若將直流放電中的電場(chǎng)變?yōu)榻涣麟姡l率低時(shí)，相當(dāng) 于正負(fù)電極交替的直流電場(chǎng)，使氣體隨之發(fā)生電離和 消電離，不能形成穩(wěn)定的等離子體 ?若交變電場(chǎng)的頻率足夠高（1MHz），以致交變周 期小于電離和消電離所需時(shí)間（10-6s），使離子濃 度來(lái)不及變化，而電子則在放電空間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大 大增加了與氣體分子碰撞幾率，因而高頻放電的自持 要比直流放電容易得多，放電電壓明顯降低 ?與直流放電集中在極板附近

22、不同，高頻放電不會(huì)發(fā)生 電極燒損及由此引起的等離子體和產(chǎn)品污染，有利于 制備高純材料 ?高頻放電按頻率可分為射頻（ 10 5 MHz）放電和 微波放電，前者又有感應(yīng)耦合和電容耦合兩種不同方 式 微波 發(fā)生器 環(huán) 形 器 定向 耦合器 矩 形 波 導(dǎo) 三螺針 調(diào)配器 發(fā)射 天線 等離子體球 基板 石英鐘罩 均流罩 模式轉(zhuǎn)換器 樣品臺(tái) 電容耦合電感耦合 反應(yīng)氣體 真空泵 真空計(jì) 2.2.2 等離子體的特性 (1) 等離子體的溫度 = mv 2 = kT 低溫等離子體：部分電離的等離子體 平衡等離子體高壓等離子體熱等離子體 非平衡等離子體低壓等離子體冷等離子體 高溫等離子體：完全電離的等離子體 1

23、2 3 2 （2）等離子體的濃度（密度） 需用正離子濃度和電子濃度表征，當(dāng)?shù)入x子體中 只有一價(jià)正離子時(shí)，可用等離子體濃度等效描述 （3）等離子體的電離度 AA +e A A N N 3.16p 2 2 1 5 7 1 2 10T exp() W kT ? （4）電中性和德拜長(zhǎng)度 D （5）導(dǎo)電性和磁控性 等離子體具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，并可用磁場(chǎng)控 制它的行為，如電弧的旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定和熄滅等 2 e e T ne 0 k 2.2.4 等離子體化學(xué)等離子體化學(xué) 等離子體中含有大量電子、離子和其他高能粒 子（如處于激發(fā)態(tài)的原子、分子）， 既可活化 其他反應(yīng)物，也可作為活性反應(yīng)物直接參與反 應(yīng)。這種高活性反應(yīng)環(huán)境所產(chǎn)生的熱力學(xué)