《幾類其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)》素材1(魯科版選修3)

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1、第四節(jié)幾類其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)納米金屬用途簡介 鈷(Co): 高密度磁記錄材料：利用納米鈷粉記錄密度高、矯頑力高〔可達(dá)119.4KA/m〕、信噪比高和抗氧化性好等優(yōu)點，可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁盤的性能。 磁流體:用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示等。 吸波材料:金屬納米粉體對電磁波有特殊的吸收作用。鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見光--紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，以及輻射屏蔽材料。 銅〔Cu〕金屬和非金屬的外表導(dǎo)電涂層處理。納米鋁、銅、鎳粉體有高活化外表，在無氧條件下可以在低于粉

2、體熔點的溫度實施涂層。此技術(shù)可應(yīng)用于微電子器件的生產(chǎn)。 高效催化劑。銅及其合金納米粉體用作催化劑，效率高、選擇性強，可用于二氧化碳和氫合成甲醇等反響過程中的催化劑。 導(dǎo)電漿料。用納米銅粉替代貴金屬粉末制備性能優(yōu)越的電子漿料，可大大降低本錢。此技術(shù)可促進(jìn)微電子工藝的進(jìn)一步優(yōu)化。 鐵(Fe)高性能磁記錄材料。利用納米鐵粉的矯頑力高、飽和磁化強度大〔可達(dá)1477km2/kg〕、信噪比高和抗氧化性好等優(yōu)點，可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁盤的性能。 磁流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示等領(lǐng)域。 吸波材料。金屬納米粉體對電磁波有特

3、殊的吸收作用。鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見光--紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，以及輻射屏蔽材料。 導(dǎo)磁漿料。利用納米鐵粉的高飽和磁化強度和高磁導(dǎo)率的特性，可制成導(dǎo)磁漿料，用于精細(xì)磁頭的粘結(jié)結(jié)構(gòu)等。 納米導(dǎo)向劑。一些納米顆粒具有磁性，以其為載體制成導(dǎo)向劑，可使藥物在外磁場的作用下聚集于體內(nèi)的局部，從而對病理位置進(jìn)行高濃度的藥物治療，特別適于癌癥、結(jié)核等有固定病灶的疾病。 鎳(Ni) 磁流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示等。 高效催化劑。由于比外表巨大和高活性，納米鎳粉具有極強的催

4、化效果，可用于有機(jī)物氫化反響、汽車尾氣處理等。 高效助燃劑。將納米鎳粉添加到火箭的固體燃料推進(jìn)劑中可大幅度提高燃料的燃燒熱、燃燒效率,改善燃燒的穩(wěn)定性。 導(dǎo)電漿料。電子漿料廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)中的布線、封裝、連接等，對微電子器件的小型化起著重要作用。用鎳、銅、鋁納米粉體制成的電子漿料性能優(yōu)越，有利于線路進(jìn)一步微細(xì)化。 高性能電極材料。用納米鎳粉輔加適當(dāng)工藝，能制造出具有巨大外表積的電極，可大幅度提高放電效率。 活化燒結(jié)添加劑。納米粉末由于外表積和外表原子所占比例都很大，所以具有高的能量狀態(tài)，在較低溫度下便有強的燒結(jié)能力，是一種有效的燒結(jié)添加劑，可大幅度降低粉末冶金產(chǎn)品和高溫陶瓷產(chǎn)品的燒

5、結(jié)溫度。 金屬和非金屬的外表導(dǎo)電涂層處理。由于納米鋁、銅、鎳有高活化外表，在無氧條件下可以在低于粉體熔點的溫度實施涂層。此技術(shù)可應(yīng)用于微電子器件的生產(chǎn)。 鋅(Zn) 高效催化劑。鋅及其合金納米粉體用作催化劑，效率高、選擇性強，可用于二氧化碳和氫合成甲醇等反響過程中的催化劑。 等離子體化學(xué)及其應(yīng)用 一、物質(zhì)的第四態(tài)——等離子態(tài) 早在19世紀(jì)初，物理學(xué)家便提出：是否存在著與的物質(zhì)“三態(tài)〞有本質(zhì)區(qū)別的第四態(tài)隨之進(jìn)行了許多探索和研究。1835年，法拉第用低壓放電管觀察到氣體的輝光放電現(xiàn)象。1879年，英國物理學(xué)家克魯克斯在研究了放電管中“電離氣體〞的性質(zhì)之后，第一個指出物質(zhì)還存在一種第四態(tài)

6、。1927年朗格謬在研究水銀蒸氣的電離狀態(tài)時最先引入plasma〔等離子體〕這一術(shù)語。1929年湯克斯和朗格謬給等離子體賦予“電離氣體〞的涵義。由此可見，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)第四態(tài)已經(jīng)有100多年了。 物質(zhì)的這一新的存在形式是經(jīng)氣體電離產(chǎn)生的由大量帶電粒子〔離子、電子〕和中性粒子〔原子、分子〕所組成的體系，因其總的正、負(fù)電荷數(shù)相等，故稱為等離子體。繼固、液、氣三態(tài)之后列為物質(zhì)的第四態(tài)——等離子態(tài)。 之所以把等離子體視為物質(zhì)的又一種根本存在形態(tài)，是因為它與固、液、氣三態(tài)相比無論在組成上還是在性質(zhì)上均有本質(zhì)區(qū)別。即使與氣體之間也有著明顯的差異。首先，氣體通常是不導(dǎo)電的，等離子體那么是一種導(dǎo)電流體而又在整體

7、上保持電中性。其二，組成粒子間的作用力不同，氣體分子間不存在凈電磁力，而等離子體中的帶電粒子間存在庫侖力，并由此導(dǎo)致帶電粒子群的種種特有的集體運動。第三，作為一個帶電粒子系，等離子體的運動行為明顯地會受到電磁場的影響和約束。需說明的是，并非任何電離氣體都是等離子體。只有當(dāng)電離度大到一定程度，使帶電粒子密度到達(dá)所產(chǎn)生的空間電荷足以限制其自身運動時，體系的性質(zhì)才會從量變到質(zhì)變，這樣的“電離氣體〞才算轉(zhuǎn)變成等離子體。否那么，體系中雖有少數(shù)粒子電離，仍不過是互不相關(guān)的各局部的簡單加合，而不具備作為物質(zhì)第四態(tài)的典型性質(zhì)和特征，仍屬于氣態(tài)。 二、產(chǎn)生等離子體的常用方法和原理產(chǎn)生等離子體的方法和途徑多種多

8、樣，涉及許多微觀過程、物理效應(yīng)和實驗方法。其中，宇宙天體及地球上層大氣的電離層屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。在等離子體化學(xué)領(lǐng)域中常用的產(chǎn)生等離子體的方法主要有以下幾種： 1. 氣體放電法在電場作用下獲得加速動能的帶電粒子特別是電子與氣體分子碰撞使氣體電離，加之陰極二次電子發(fā)射等其他機(jī)制的作用，導(dǎo)致氣體擊穿放電形成等離子體。按所加的電場不同可分為直流放電、高頻放電、微波放電等。假設(shè)按放電過程的特征劃分，那么可分為電暈放電、輝光放電、電弧放電等。輝光放電等離子體屬于非平衡低溫等離子體，電弧放電等離子體屬于熱平衡高溫等離子體。就電離機(jī)制而言，電弧放電主要是藉弧電流加熱來使中性粒子碰撞電離，實質(zhì)上屬高溫

9、熱電離。目前，實驗室和生產(chǎn)上實際使用的等離子體絕大多數(shù)是用氣體放電法發(fā)生的，尤其是高頻放電用得最多。 2. 光電離法和激光輻射電離藉入射光子的能量來使某物質(zhì)的分子電離以形成等離子體。條件是光子能量必須大于或等于該物質(zhì)的第一電離能，例如堿金屬銫的第一電離能最小，只需要用近紫外光源照射就可產(chǎn)生銫等離子體。 激光輻射電離本質(zhì)上也屬光電離，但其電離機(jī)制和所得結(jié)果與普通的光電離法不大相同。不僅有單光子電離，還有多光子電離和級聯(lián)電離機(jī)制等。就多光子電離而言，是同時吸收許多個光子使某物質(zhì)的原子或分子電離的。例如紅寶石激光的波長為0.69卩m單光子能量只有1.78eV。對于氬原子來說，只吸收一個光子不可能

10、產(chǎn)生電離，但同時吸收9個光子可實現(xiàn)電離。因此利用紅寶石激光器輻射氬氣完全可以產(chǎn)生氬等離子體，而用同樣波長的普通光照射那么不可能得到氬等離子體。激光輻射法的另一特點是易于獲得高溫高密度等離子體。值得注意的是，近年來激光等離子體在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用呈明顯上升趨勢，如激光等離子體化學(xué)沉積等。 3. 射線輻照法用各種射線或者粒子束對氣體進(jìn)行輻照也能產(chǎn)生等離子體。例如用放射性同位素發(fā)出的a、B、丫射線，X射線管發(fā)出的X射線，經(jīng)加速器加速的電子束、離子束等。 a粒子是氦核,用a射線發(fā)生等離子體相當(dāng)于荷能離子使氣體分子碰撞電離。3射線是一束電子流，它引起的電離相當(dāng)于高速電子的碰撞電離。對丫射線、X射線來說，只需令射 線能量UR=hv,顯然可視為光電離。至于電子束和離子束，也都是藉已經(jīng)加速的荷能粒子使氣體分子碰撞電離的，但由于粒子束的加速能量、流強、脈沖等特性可加以控制而顯示出許多優(yōu)點。 4. 燃燒法這是一種人們早就熟悉的熱致電離法，借助熱運動動能足夠大的原子、分子間相互碰撞引起電離，產(chǎn)生的等離子體叫火焰等離子體。 5. 沖擊波法是靠沖擊波在試樣氣體中通過時，試樣氣體受絕熱壓縮產(chǎn)生的高溫來產(chǎn)生等離子體的，實質(zhì)上也屬于熱致電離，稱為激波等離子體。