微波等离子体无机合成

1、微波等离子体在无机合成中的应用 微波是指波长为1m到0.1mm范围的电磁波，其相应的频率范围是300MHz-3000GHz。引言引言微波加热原理根据物质对微波的吸收程度,可将物质材料分成 导体绝缘体 介质微波不能进入导体内部,只能在其表面反射可透过微波而对微波吸收很少可透过并吸收微波,介质通常为极性分子组成在微波加热领域中，被处理的物料通常是能够不同程度地吸收微波能量的介质，即有耗介质，亦称极性介质。极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。微波加热大体上可认为是介电加热效应，而在微波介电加热效应中，主要作用的是偶极极化和界面极化。微波介电加热效应，微波离

2、子传导损耗及局部过热效应等是加速化学放应的主要因素。微波加热和加速反应机理微波加热的特点 体加热性. 微波加热时,微波进入介质内部直接与介质作用,依靠介质损耗微波能而升温,具有体积加热性,因此可以在被加热物质的不同深度同时产生热,加热均匀温度梯度小,有利于固化反应的进行. 选择性加热. 不同介质吸收微波的能力是不同的,对良导体,微波几乎全部被反射,因此良导体很难被微波加热;对电导率低、极化损耗又很小的微波绝缘体介质,微波基本上是全射透,一般也不易加热;而对那些电导率和极化损耗适中的介质,很容易吸收微波而被加热,因此能对混合物中的各个组分进行选择性加热. 升温控制独特. 微波加热是随微波的产生或

3、消失而开始或终止,有利于对温度控制较高的化学反应. 微波加热还具有热效应高、化学污染小或无污染、方法简便的特点.具有快速、高效、受热均匀选择性加热方式的独特性和微波的快速加热微波合成可改进合成材料的结构与性能 微波加热热惯性小 微波合成的优点微波合成的特点微波加热在无机固相反应中的应微波加热在无机固相反应中的应用用在无机固相反应中的应用在无机固相反应中的应用合成陶瓷材料合成发光材料合成电子材料合成分子筛等催化材料合成其他固体材料合成纳米材料沸石分子筛的合成方式，通常采用的是水热合成法。存在着热量传递不均匀、局部过热等缺陷，所合成的产品容易产生杂质、晶体粒径分布范围比较宽。利用微波加热技术，Na

4、Y沸石的合成周期从24 h缩短到10 min，提高效率140倍以上。同时，采用微波加热技术，沸石分子筛的晶体粒径得到有效控制，质量明显改善。在沸石分子筛的合成中的应用前驱体的SEM 图不同加热条件下所得氧化锌的SEM 图: (a)烘箱中加热和(b)微波加热n刘劲松 曹洁明等通过前驱体的微波固相热分解法快速合成了氧化锌纳米棒，其直径在0385 nm 之间，长可达数微米。合成纳米材料合成纳米材料合成陶瓷材料合成陶瓷材料nThakur等用微波法合成了Ba0.95Sr0.05TiO3陶瓷材料，与传统方法相比，产品具有密度高、微结构和导电性好、粒度细、线性热膨胀高等特点。 nVaidhyanathan等

5、合成了单相Pb(Zr，Ti)O3 ,指出采用微波法可使反应温度大大降低，同时能减少PbO 的损失。n微波加热能在短时间内、低温度下合成纯度高、粒度细的陶瓷粉末 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，电荷相反的电子和正离子（包括分子，离子和原子）以及游离基（电子，离子和游离基之间又可复合成原子和分子）。就总体而言是电中性的故此称之为等离子体。等离子体化学两大类：第一类是高温等离子体，也叫做热等离子体，此类等离子体中，重粒子（分子，原子，离子）和电子的温度都很高，而且几乎相等的等离子体称为高温等离子体 第二类是低温等离子体，也叫冷等离

6、子体，是在低压下产生的，电子的能量即温度比较高，而气体的温度相对较低，即电子温度与气体温度处于非平衡状态。 等离子体的分类低温等离子体是靠直流辉光放电，无线电波（频率为13.56 ）放电，微波（频率为2.45 ）放电，电晕放电和无声放电而获得的。低温等离子体中的电子与气体之间不存在热平衡，因此，电子可以拥有使分子化学键断裂的足够的能量，而气体温度又可保持与环境温度相近，这对于化合物的合成是非常有利的。活性强。微波等离子体对气体的电离和离解程度比其他类型的等离子体(如电弧等离子体)高10倍，微波等离子体中自由电子的温度高于离子的温度。 反应区内没有电极,消除电极自身造成的污染。区内的压力能在很宽

7、范围内进行调整。利用微波电磁场的分布特点, 有可能把等离子体封闭在特定空间;也可以利用磁场来输送等离子体,这样做的目的是让工艺加工区域与放电空间分离。微波等离子体的特点由于高温等离子体温度高，所以在无机合成中不能用来合成熔点低，易挥发，易分解的化合物，而主要用于冶金，合成熔点高，稳定性强的化合物（氮化物，碳化物，硼化物，氧化物等），制备金属超微粒子，喷除防热的防腐层。在低温等离子体中，电子拥有足够的使分子化学键断裂的能量，而气体温度又可保持与环境温度相近，这对于化合物的合成是非常有利的。所以近几年来，低温等离子体在金属材料的表面处理，无机薄膜材料的制备，无机物的合成等方面发展十分迅速。 微波等离子体的应用 例如,如1500下,对同样的氧化铝用微波等离子体和传统方法烧结20min,传统方法烧结后氧化铝的相对密度为70%左右,而微波等离子体烧结后的相对密度接近90%。微波等离子体烧结材料微波等离子体的烧结速率较传统方法快得多聚乙烯、聚丙烯、聚四氯乙烯等高分子材料的亲水性及附着性很差。为了改善