等离子体.ppt

《等离子体.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子体.ppt（82页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、等离子体化学及其应用 (Plasma Chemistry and Its Applications) 一. 等离子体化学ABC 二. 等离子体化学的主要应用及若干 最新进展 ( 会超出一点范围介绍若干相关热点 的 非等离子体化学研究进展 ) 2006年8月更新,等离子体化学参考书 (要目) 1. 赵化侨, “等离子体化学与工艺”, 中国科技大学出版社, 1993年. 2. 徐学基等, “气体放电物理”, 复旦大学出版社, 1996年. 3. 陈杰瑢, “低温等离子体化学及其应用”, 科学出版社, 2001年. 4. K. H. Becker et al. , “Non-Equilibrium

2、Air Plasmas at Atmospheric Pressure ”, Institute of Physics Publishing, 2005. ( http:/ “讲稿与文稿” 部分),什么是等离子体? “Plasma” I. Langmuir 1926 *定义1: “包含足够多的正负电荷数目近于相等 的带电粒子的物质聚集状态。” （金佑民，樊友三，“低温等离子体物理基础”， 清华大学出版社，1983年） 过分广义。 固态等离子体：晶格中正离子与自由电子组合; 半导体中电子与空穴的组合等。 液态等离子体：如电解质溶液中正负离子的组合。 *定义2: “等离子体是由大量带电粒子组成的

3、非凝聚系统。” （国家自然科学基金委，“等离子体物理学发展 战略调研报告”，1994年） 强调了非凝聚系统，即排除了单纯的固态和液 态，但包含了电子束和离子束。,等离子体定义3: “等离子体是包含足够多的正负电荷 数目近于相等的带电粒子的非凝聚系统。” （YXF） 单纯气态： 完全或部分电离了的气体 (微放电区电离度下限 10-6, 大气压下 放电空间平均电离度可低至10-12) 非单纯气态：尘埃等离子体 (伊林，王友年，王晓刚， 王德真） 雾滴等离子体,* 等离子体科学是一门典型的物理、化学和材料等学科的交叉科学，它包含了电磁学、分子碰撞动力学、化学反应动力学和表面科学等分支学科。 * 等离

4、子体物理是研究等离子体自身运动规律及其与周围物质相互作用过程的一门分支学科，它是物理学的一门独立分支学科 （二级学科）。,* 等离子体化学这个名词最早出现在国外 1967年出版的一本专著书名上 （“Plasma Chemistry in Electrical Discharges ” ） * “等离子体化学是研究等离子体中各种 粒子之间或这些粒子与电磁辐射及周围 物质间相互化学作用的一门分支学科。” （YXF） 国家标准（一级学科二级学科三级学科） 化学 物理化学 高能化学（包括辐射化学、等离子体化学等）,分子活化的几种主要手段（一） 1. 热活化 通过升高反应温度提高分子平动能 k = p

5、z0 exp(-Ea /RT) 2. 催化活化 是经典的但仍是当前工业上应用最广的 促进化学反应的主要手段 1). 通过表面吸附浓缩反应物 (相当于提高 碰撞频率 z0 ) 2). 在催化剂表面形成有利的分子取向 (提高方位因子p) 3). 通过形成新的反应途径降低反应活化 能 Ea,分子活化的几种主要手段（二） 3. 光子活化 通过合适波长光子对反应物分子内能态(转动态、振动态及电子态)的激发提高反应速度，往往也同时增加新的反应途径。如胶片感光，天然及人工光合作用，各种光化学反应研究等。 H2O + hn OH + H (DH 242 nm) (H20 仅吸收短于185 nm 的光,到达地球

6、之太阳光中含此波段光很少) RN Dixon, DW Hwang, XF Yang, , XM Yang, Science, 285 (1999) 1249-53. （ hn = 121.6 nm） 4. 电子活化 (系等离子体活化之一次过程) 电子与反应分子碰撞产生激发态原子、分子、 自由基和离子等。,分子活化的几种主要手段（三） 几种活化方式的组合： 1). 光催化 2). 等离子体 + 催化 3). 等离子体 + 光 + 催化,太阳能光解水产业化? (2003年1月10日, 大连经济技术开发区招商会) Dr. Dae-Chul PARK (朴大吉) (韩国化学研究院) (1992年研究光

7、解水至今) 光催化剂: Ni/CdxZnxSyMz, 寿命 1年, US$40/kg 产氢(99.99%)率: 3,000 ml/(hm2) (cat.量: 500g) 利用波长: UV 470 nm * * * 问题: Na2S/Na2SO3 催化剂保护剂 (除氧) 价格: US$2/m3高纯氢 ? 催化剂耐氧, 氢-氧及时廉价分离； 真正产业化 100年？,半导体光(电)催化分解水,SC,2hn,2e,2h+ + H2O (空穴, hole), O2,2 H+,SC,H2,2H2O(g) + 2hn,2H2 + O2,lth = 495 nm,-,人类新千年能源问题 (生命科学, 能源科学

8、),1. 太阳能 1). 太阳能电池 (半导体型；下一代-染料敏化型？） 2005年6月, 德国(世界冠军) 已有55万个家庭使用 2). 太阳能 生物质 醇类、氢等 E85燃料 (85%乙醇+15%汽油) ( 2005年美国某州已有 近百个加油站) 生物质发酵制乙醇大工白凤武等 3). 太阳能 光解水 氢 直接燃料或燃料电池 2. 可控热核聚变反应 (海水) （高温等离子体） 1D2 + 1D2 2He3 + 0n1 (or 1T3 + 1H1) + 3-4 Mev (原子核下标：质子数， 上标：质子+中子数） 2005年法、美、日、俄、中协议在法建大型实验装置 （200亿美元）, 已启动

9、3. 原子能发电、地热、风能利用等,等离子体分类 (一) 按存在分类 1). 天然等离子体 宇宙中99%的物质是以等离子体状态 存在的, 如恒星星系、星云，地球附近的闪 电、极光、电离层等。如太阳本身就是一 个灼热的等离子体火球。 2). 人工等离子体 如：*日光灯、霓虹灯中的放电等离子体。 *等离子体炬（焊接、新材料制备、 消除污染）中的电弧放电等离子体。 *气体激光器及各种气体放电中的电 离气体。,等离子体分类 (二) 按电离度分类 e + A A+ + 2e 忽略二阶电离, ni = ne, nn为中性粒子浓度 a = ne /(ne+ nn) 1). 完全电离等离子体 a = 1 2)

10、. 部分电离等离子体 0.01 a 1 3). 弱电离等离子体 10 -6 a 0.01,等离子体分类 SAHA 方程 在仅含单种气体的完全平衡和局域热力学平衡等离子体中存在着电离平衡: A A+ + e SAHA推导出如下方程: a2/(1-a2) = 2.410 - 4 T 5/2/P exp(-Wi /kT) P 气压 (Torr) T 绝对温度 ( K) Wi 气体分子（原子）电离电位 ( eV) k Boltzman常数 (8.61410-5 eVdeg-1),电离过程: e + A A+ + 2e kion P2 三体复合过程: e + A+ + M A + M krecom P3

11、,等离子体分类 常压热平衡条件下氮等离子体的电离度 a 随温度变化 T ( K ) a 5,000 3.210 - 7 10,000 0.0065 15,000 0. 22 20,000 0. 82 * * * 星际空间气压很低 (101-2 粒子/cm3)，低温下即会高度电离 （电离源：宇宙射线）。,等离子体分类 (三) 按热力学平衡分类 1. 完全热（力学）平衡等离子体 (CTE) (Complete Thermal Equilibrium Plasma) 2. 局域热（力学）平衡等离子体 (LTE) (Local Thermal Equilibrium Plasma) 3. 非热（力学）

12、平衡等离子体 (NTE) (Non-Thermal Equilibrium Plasma) （or Non-Equilibrium Plasma),等离子体分类 (四) 按系统温度分类 ( 1 eV = 11,610 K ) 1. 高温等离子体 (LTE) Tg = Ti = Te = = 108-9 K ( 104-5 eV ) 2. 低温等离子体 1). 热等离子体 Tg Ti Te （ LTE ) 5,000 K Ti Tg （ NTE ) 100 K Tg 1,000 K Te通常为 1 至数十eV (可比热等离子体高),冷等离子体工艺特点 *(赵化侨，等离子体化学与工艺， P11)

13、“非平衡性对等离子体化学与工艺来说 十分重要。这意味着，一方面电子有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离，另一方面反应体系又得以保持低温乃至接近室温。这样一来不仅设备投资少、省能源， 而且所进行的反应具备非平衡态的特色。” (更重要的，还应包括防止高温带来的各种不希望的变化- YXF),冷等离子体工艺特点示例 3O2 2O3 （G = +327 kJ/mole ） Kp Ka = P(O3)eq2/ P(O2)eq3= exp-G/RT 510 58 在1atm. , P(O2) = 0.21 atm.下, P(O3)eq 210 -30( atm.) 实际上，通过DBD 放电，很易制备出

14、含 O3 百分之几的气体来。 （热力学第二定律是否被破坏？与催化作用 特点进行比较。）臭氧通过常规化学方法 几乎无法制备！）,等离子体中各种粒子间的碰撞过程 中性粒子,电子,正离子,负离子,光子,电子与中性原子、分子间的 基元(elementary)碰撞过程 1) 弹性（ elastic ) 碰撞过程， 仅有平动能交换 2) 非弹性（ inelastic ) 碰撞过程， 包含内能(振动、转动、电子态）变化 3) 电离（ionization) 碰撞 e + A A+ + 2e 4) 附着( attachment ) 碰撞 （当A具有正电子亲合势时） e + A + M A- + M 反应 ( r

15、eactive) 碰撞， 如解离反应： e + AB A + B + e 6) 复杂 碰撞过程， 如： 解离电离 e + AB A+ + B + 2e 解离附着 e + AB A- + B,低温等离子体的产生方式 气体放电 等离子体 （电场作用加速荷电粒子导致电离） 1）低气压放电：直流 辉光放电 高频放电 （微波、射频） 2）高气压放电：直流 弧光放电 (LTE) 电晕放电 (NTE) 介质阻挡放电 (NTE) 2. 热致电离等离子体 (高平动能原子、分子碰撞导致电离) 高温燃烧、爆炸、击波 3. 辐射电离等离子体 （光电离） X-射线、紫外光等,电晕层外区 （暗区）,电晕放电 形成条件:

16、二电极曲率半径相差 悬殊 (线筒、线板、针板） 特点： 1. 高气压 (105-106Pa) 高电压降 (103-105 V) 低电流密度 (10-3-10-6A/cm2) 4. Te Ti Tg 102 K,电晕层,筒状电极,线电极,介质阻挡放电 形成条件: 二电极间有绝缘介质存在 交变电场 特点： 1. 高气压 (105-106 Pa) 高电压降 (103-105 V) 低电流密度 (10-2-10-3A/cm2) Te Ti Tg 102 K,HV（a.c.),大气压辉光放电 (APGD),Masuhoro Kogoma et al. 1987 年世界上首次获得APGD (2004年12

17、月Kogoma 来大工访问) 早期三条件: 1) He 2) 交流频率 1 kHz 3) DBD 亚稳态寿命长，扩散系数大, 其能量与电离势接近 高分子膜及纺织品改性处理; 大气压下均匀CVD等 F. Massines: (8th APCPST, Australia, July, 2006) N2: APTD; He: APGD (双介质层; 紧密接触) (清华 王新新, 大工 王德真等, 国自重点基金(2004-2007),等离子体化学的主要应用及若干最新进展 大规模集成电路制备中的等离子体化学刻蚀与沉积 (已大规模工业应用） 等离子体平面显示器 (PDP) (已进入规模生产阶段） 等离子体

18、化工合成及转化 （O3发生器，CH4转化，煤转化，等离子体引发聚合，) 等离子体环境工程 （燃煤电厂烟气中氮、硫氧化物脱除，VOC脱除， 汽车尾气中氮氧化物脱除，固体废料处理，) 纺织品等材料表面的等离子体改性 (已产业化） 等离子体增强化学气相沉积（PECVD)制备各种新型材料 （金刚石，类金刚石，碳纳米管，),大规模集成电路制备中的等离子体化学刻蚀与沉积 * 全世界与大规模集成电路相关工业总产值已达万亿美元以上。等离子体化学刻蚀与沉积是大规模集成电路工业生产中的核心环节之一。 * 1998年7月，参观了设在台新竹交通大学内的“国科会毫微米元件实验室”。其设备总值约1亿美元，包含一套从美进口

19、的90年代中期水平的大规模集成电路工业生产流水线（超净厂房，10级， 10 尘埃/M3 )。已完成250 nm 元件技术开发，正在开发 130 nm元件制备技术。每年来此实验室工作的台研究生有约400人。,大规模集成电路制备中的等离子体化学刻蚀与沉积,以Si刻蚀为例： Mask 制备： UV, VUV lasers: X-ray 100 nm (同步辐射） Electron-beam,F,Mask,Si,等离子体化学刻蚀： 属干法刻蚀，刻蚀形状规则，应可胜任 100 nm 之刻蚀。 刻蚀中要求保持尽可能低的气体压力和尽可能高的电子密度(等离子体密度）。 如90年代初工业上开始采用的新型“Hel

20、icon” 射频源（70年代中期实验室研究成功）气体压力从数百 mtorr 降至数mtorr，等离子体密度从109 cm-3 上升至1010-12 cm-3 (相当于电离度从10-6上升至10-3- 10-1) 。,大规模集成电路制备中的等离子体化学刻蚀与沉积 Si刻蚀用气体以CF4 + O2 最为常用。与刻蚀 相关主要反应： ） CF4 + e CF3 ( CF2 , CF, F ) + e O2 + e O + O + e 2） CF2 + O COF + F CF2 + O CO + F + F COF + O CO2 + F 3） Si + 4F SiF4 *王友年等，新一代等离子体源

21、刻蚀机理研究 (国自重点基金: 2007-2010),Front,Back,Glass,Glass,PbO, Dielectric layer (transp.),ITO (In+Tin Oxide, transparent sustained electrode),Phosphor (RGB: red, green, blue),h= 0.13mm, d= 0.1 mm, 1 Pixel = R+G+B , 1.08 mm,Ag electrode,Address electrode,(Not in scale),MgO (500 nm),2. 等离子体平面显示器 (PDP),DBD dis

22、charge (200V, 160 kHz, 2 s Sq. W.) VUV (147 nm Xe*, 173 nm, Xe2*) Phosphorescence (RGB) Ne (96%) + Xe (4%) , 400 Torr Ne + e Ne* Ne* + Xe Ne + Xe+ (Penning Ionization) Xe+ + Xe + M Xe2+ + M Xe2+ + e Xe*+ Xe Xe* Xe* + h Xe* + Xe + M Xe2* + M Xe2* Xe2* + h,PDP 优点: 1). 相对于CRT, 低电压 ( 200 V ) 2). 相对于LCD,

23、 宽视角 3). 超大屏幕显示 PDP 需要改进之处: 电光转换效率低 = Blum / Pelec Blum 荧光功率 (lm) Pelec 输入电功率 (W) CRT: = 5 lm/W PDP: = 1.5 lm/W （平面显示器：CRT, LCD, PDP, OLEDs , DLP, E-Paper),3 等离子体化工合成及转化 (示例) O3制备 DBD放电，已工业化（瑞士等发达国家饮用水净化）半个世纪，不断有新的应用（小家电消毒、灭菌）。 *初始过程 DH ( eV ) O2 + e O2* ( 1Dg ) + e 0.997 O2 + e O + O + e 5.115 O2 +

24、 e O + O- + e 3.654 O2 + e O + O (1D) + e 7.082 * O3 生成 O2 + O + M O3 + M O- + O2* O3 + e 大连凌水有O3发生器工厂，从数百瓦到数十千瓦）,4. 等离子体环境工程 (示例 ) 最重要的空气污染物: 氮氧化物 (NOx = NO, NO2, N2O) 硫氧化物 (SOx = SO2, SO3 ) (酸雨！） 可挥发性有机化合物 (VOCs) 如甲醛、苯、甲苯等 VOC = Volatile Organic Compounds,4. 等离子体环境工程 (示例 ) NOx 脱除 1). 还原法 NOx + NH3

25、 (HR, CO, H2, ) N2+ H2O (+ CO2) * 火力发电厂燃烧尾气: NH3-selective catalytic reduction (over oxides of V, Ti, W). 已产业化 * 汽车尾气(oxygen-free ） 三效催化剂（Three-Way Catalysts ) 同时脱除 NOx, HR & CO 已产业化 * 富氧燃烧(lean-burn)内燃机尾气 选择还原催化剂开发中,2). 氧化法 NO + O (O3, HO2) NO2 NO2 + OH HNO3 H NO3 + NH3 NH4NO3 3). 分解法 NOx N2 + O2 *

26、 热力学可行 * 最理想也最困难,等离子体(氧化)法脱除氮、硫氧化物（一） 电子束法： 日Ebara公司，1970年提出，80年代初中试，90年代中期工业化。我国成都电厂（200MW 机组，30万Nm3/h 烟气）， 1998年建成使用(日方赠送)。 * O, OH, HO2 产生 O2 + e O + O + e or O + O ( 1D ) + e H2O + e H2 + O or O H + O H + O2 + M HO2 + M H2O + O ( 1D ) O H + O H,等离子体法脱除氮、硫氧化物（二） * NH4NO3 及 NH4SO4 生成 NO+O+M NO2 +

27、M NO +HO2 NO2 +OH NO2 + OH + M HNO3 + M NH3 + HNO3 NH4NO3 SO2 SO3 H2SO4 NH4SO4 脉冲电晕法： 吴彦等（国家“八五”，“九五”攻关，“十五” “863”）,等离子体法脱除VOC 2005年5月, 加拿大Mc Master大学等离子体环境工程专家Jen-Shih Chang (张仁世)教授访 问大工(华裔, 日出生至获硕士, 会日、英、汉语） * 等离子体脱除室内VOC （全世界 50万台空调器/年， dc or Pulsed dc） 步骤1： 静电除尘 步骤2： TiO2 脱VOC dir. or indir. pla

28、sma (lamp) 步骤3： 活性碳（MnO2) 脱O3及NOx * 固体垃圾处理（全世界仅日本，数十个工厂） 步骤1： 焚烧发电 步骤2： 等离子体炬处理燃烧灰烬 步骤3： 残渣金属回收 张教授： 东莞垃圾综合处理方案（2005年春，全国首个）,5. 纺织品等材料表面的等离子体改性,以纺织品为例 目的: 材料 改进 提高 提高 提高 提高 提高 染色性 防水性 亲水性 防燃性 防缩性 抗静电性 羊毛 棉花 聚酯纤维 手段： 刻蚀， 交联或分子链切断， 官能团导入,5. 纺织品等材料表面的等离子体改性 （续）,示例： 用全氟丁二烯-2 CF3-CF=CF-CF3 对甲基丙烯酸甲酯表面进行等离

29、子体引发后 接枝聚合得到 CH2=CHCOOCH2CH2-（CF2）2-CF3 接枝聚合物，其染色性大大提高。,6. 等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 碳纳米管， 纳米线半导体材料 (Plasma Nano-Science),(1) 化学气相沉积法（主导地位） 碳纳米管 沈阳金属所成会明组 （2003年辽宁省自然科学 一等奖） 清华大学机械系吴德海组 （2002年拜访） 纳米线 (ZnO等纳米线半导体材料） 杨培东组（U.C. Berkeley, 1971年生, 国际领先） （2005年 2月 参观其LAB, 一“Science”论文单篇引用1300次） (2) 等离子体增强化学气相沉

30、积法（邱介山组等） (3) 激光剥离法,6. 等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)(续) 金刚石膜化学气相沉积,四面体堆积 sp3-s键 C-C 键距: 1.54 d = 3.51 g/cm3,层内: sp2-s键 C-C 键距: 1.42 层间: 大p键间范德 华力 层间距: 3.355 d = 2.26 g/cm3,金刚石向常温常压下稳定晶相石墨的转化 无氧, 常压 1,000 C 方发生,Ea 170 kcal/mole,DH = 0.45 kcal/mole,G,D,天然及人工金刚石有关发展历史 (一) * 天然金刚石: 三千余年前在印度发现 * 高温高压(HPHT)合成金刚石:

31、5 10万大气压, 2,000 C 1953年在瑞典及美国工业化成功 (Nobel奖) 金刚石产量(饰物、磨料等）,价格 (US$/Carat) ( 1 Carat = 0.2 g ) 黄金: 2-3 ; 金刚石平均: 50 ( 2 10 k ),天然及人工金刚石有关发展历史 (二) 低压 ( 1 mm/h. * 1980年代末90年代初, 研究规模剧升 如美, 1986年, 9个研究组; 1992年50个 * 1990年代末00年代初, 相对低潮 碳纳米管时代 (peak: 1995-2005) ,金刚石无与伦比的奇异特性 *最大原子数密度 *最已知最硬物质 (1.761023/cm3) (

32、100GPa) *室温下具最高热导 *极小的热膨胀 率,为Cu之5倍 系数 *良好的红外(至100m)、 *良好的电绝缘体 可见、紫外(220m) 室温下电阻率： 及X-射线波段透过率 106 -cm * 可通过搀杂成为带隙 *良好的化学惰性 5.45 eV 的半导体 * 低摩擦系数（与聚 四氟乙烯接近）,Activation H2 ( +e or heat) H + H H + CH4 CH3 + H2,Transport + Reaction,Substrate,Reactants H2/CH4 (20 760 Torr) (100/1) ,Diamond,( 700 1,000 C),s

33、ubstrate,diamond,CH3,H atoms,H2/He distrarge,CH3N=NCH3/He (1,000 C),Diamond CVD with H and CH3 beams Peter Chen et al. Science, 263(1994)1596,H原子在金刚石膜生长中的关键作用 气相中促进CH3等自由基生成, 如: H + CH4 CH3 + H2 H + CH3 CH2 + H2 2. 促进金刚石碳骨架生成 H + S-CH3 S=CH2 + H2 3. 选择性刻蚀石墨碳 H + S=CH S-CH2,CVD金刚石单晶,2004 年11月报道: Phoe

34、nix Crystal Corp. 及 Los Alamos National Laboratory 已制备出10 5 mm 单晶CVD金刚石, 性能明显优于多(微)晶金刚石.,CVD金刚石膜应用(一) 机械加工工具覆盖膜 * 最高硬度 * 低热膨胀系数 (北京建材部人工晶体所) 2. 芯片最佳衬底材料 * 常温下最高热导率 * 良好绝缘性 * 化学惰性 * 低热膨胀系数 (90年代初已有试商品问世) 各种绝缘材料的热导率 ( W m-1 C-1),CVD金刚石膜应用(二) 3. 光学窗口 * 宽波段光学透过率 * 最高硬度 * 化学惰性 * 低热膨胀系数 (导弹红外跟踪器窗口; 大型CO2激

35、光器窗口) (北京科技大学 吕反修组) 4. 新一代金刚石基半导体 ? * 宽带隙 (金刚石5.45 eV, Si 1.10 eV ) Si 基半导体工作温度: 70 C * 常温下最高热导率 * 低热膨胀系数 (要解决单晶, 搀杂, 成本等问题),大连理工大学低温等离子体中心 (全国最大的低温等离子体研究基地) * 50 教师、研究人员 * 300 研究生 * “三束”材料改性国家重点实验室 * 国家重点学科：等离子体物理 * 跨物理、化学、化工、材料、应用电子 技术等学科专业,大连理工大学等离子体物理化学实验室Laboratory of Plasma Physical Chemistry

36、( http:/ ) 主要研究方向: * 高气压非平衡等离子体活性物种诊断 及 基本物理化学过程研究 * 等离子体与催化协同活化小分子研究 * 高气压非平衡等离子体化学气相沉积研究 (5名教授、副教授；30名博士生和硕士生),具三级差分抽气系统的分子束质谱装置 (主体自行设计研制, 国内首台, 近百万投资),R,r,H-,H,H,Andrey Belyaev,H H,H-,1.4 a.u.,5.5 a.u.,Structure of Stable H3-,First reliable experimental observations of H3- and /D3- . The lifeti

37、me of H3- /D3- 35 s 3. H- + H2 + M H3- + M a possible dominant formation mechanism of H3-,Conclusions,“Science”“ PRL” “CPL”,“Since the existence of H3- has been contro-versially discussed since decades, this is an important result.” the observations “ may stimulate further experimental and theo-reti

38、cal investigations on an interesting problem of molecular physics. ” “因为对H3-负离子存在有异议的讨论已延续数十年，这是一个重要的实验结果。” 这一观测 “将对分子物理领域这一引人注目问题的更深入的实验和理论研究起到激励作用。”,Feb, 2004, M. Cizek, Private commun. 1 Hartree (a.u.)= 27.2116 eV ER = h2J(J+1)/(82R2),R. Golser & et al. “Experimental and theoretical evidence for

39、long-lived molecular hydrogen anions H2- and D2- ”, Phys. Rev. Lett. 2005, 94: 223003/1-4 在该论文致谢中特别感谢我们把此课题带入到 他们的视野: “We would like to thank Hartmut Hotop and Xuefeng Yang (Dalian University of Technology, PR China) for bringing the problem of the existence of the metastable molecular hydrogen anio

40、n to our attention. ”,光腔衰荡吸收光谱用于等离子体活性物种原位诊断 (国内首台连续波光腔衰荡光谱装置,65万，徐勇，刘忠伟),1.等离子体-催化协同脱除氮氧化物、甲醛 2.等离子体-催化协同转化甲烷制氢、乙烯 (朱爱民、石川等）,等离子体脱除甲醛反应机理简图,Professor M. J. Kushners group (U. Illinois) J. Appl. Phys. 73 (1993) 51-55,“the destruction of CH2O results dominantly from chemical attack by OH and O radica

41、ls” Reaction k (cm3 s-1) e + O2 e + O (1D) + O 3.2 10-11 e + H2O e + O (1D) + H2 8.1 10-11 e + H2O e + OH + H 2.6 10-12 HCHO + OH HCO + H2O 9.4 10-12 HCHO + O HCO + OH 1.7 10-13 HCO + H H2 + CO 1.8 10-10 HCO + O OH + CO 5.0 10-11 HCO + OH H2O + CO 1.7 10-10 HCO + O H + CO2 5.0 10-11,H-X Ding, A-M Zh

42、u, X-F Yang et al. J. Phys. D: Appl. Phys. 2005, 38: 4160-4167.,Kushner 等的模拟所得结论肯定是不正确的,等离子体脱除HCHO的主要机制应是：,HCHO + N2( v 15) HCO + H + N2( v-15) HCHO + N2( A) HCO + H + N2 HCO + N2( v 3) CO + H + N2( v-3) HCO + N2(A) CO + H + N2,冷等离子体化学过程小结（一） （个人体会） 优点: 1. 低温下可大量产生激发态粒子、 活性 原子、离子、自由基等活性物种，使 许多原来低温下无

43、法进行的反应得以 进行。 2. 与热活化、催化活化相比可“打破”热 力学平衡对反应转化率的限制 （如臭 氧、金刚石合成、甲烷转化等）。 3. 与光子活化相比综合看要来得便宜。,冷等离子体化学过程小结（二） 缺点: 1. 选择性通常不高。 2. 能耗始终是一要解决的问题。 3. 有可能生成未知毒物。 如甲醛等离子体氧化脱除过程中， 有可能产生甲酸、CO、O3和NOx等,冷等离子体化学过程小结（三） （个人体会） 发展方向: 1. 与催化及光催化技术相结合 （克服选择性差问题）。 2. 发展更高效、更廉价，必要时更“单色” 的电源和放电方式。 3. 实现和开拓更多的应用 (与激光化学发展对比的联想),