《幾類其他聚集狀態(tài)的物質》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的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調節(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構式隱形材料，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。此技術可應用于微電子器件的生產。 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。此技術可促進微電子工藝的進一步優(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的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調節(jié)、光顯示等領域。 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構式隱形材料，以及輻射屏蔽材料。 導磁漿料。利用納米鐵粉的高飽和磁化強度和高磁導率的特性，可制成導磁漿料，用于精細磁頭的粘結結構等。 納米導向劑。一些納米顆粒具有磁性，以其為載體制成導向劑，可使藥物在外磁場的作用下聚集于體內的局部，從而對病理位置進行高濃度的藥物治療，特別適于癌癥、結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的磁流體性能優(yōu)異，廣泛應用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調節(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。 導電漿料。電子漿料廣泛應用于微電子工業(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，有利于線路進一步微細化。 高性能電極材料。用納米鎳粉輔加適當工藝，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能力，是一種有效的燒結添加劑，可大幅度降低粉末冶金產品和高溫陶瓷產品的燒

5、結溫度。 金屬和非金屬的外表導電涂層處理。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。此技術可應用于微電子器件的生產。 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。 等離子體化學及其應用 一、物質的第四態(tài)——等離子態(tài) 早在19世紀初，物理學家便提出：是否存在著與的物質“三態(tài)〞有本質區(qū)別的第四態(tài)隨之進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，英國物理學家克魯克斯在研究了放電管中“電離氣體〞的性質之后，第一個指出物質還存在一種第四態(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)物質第四態(tài)已經(jīng)有100多年了。 物質的這一新的存在形式是經(jīng)氣體電離產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)之后列為物質的第四態(tài)——等離子態(tài)。 之所以把等離子體視為物質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上均有本質區(qū)別。即使與氣體之間也有著明顯的差異。首先，氣體通常是不導電的，等離子體那么是一種導電流體而又在整體

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。只有當電離度大到一定程度，使帶電粒子密度到達所產生的空間電荷足以限制其自身運動時，體系的性質才會從量變到質變，這樣的“電離氣體〞才算轉變成等離子體。否那么，體系中雖有少數(shù)粒子電離，仍不過是互不相關的各局部的簡單加合，而不具備作為物質第四態(tài)的典型性質和特征，仍屬于氣態(tài)。 二、產生等離子體的常用方法和原理產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生的等離子體。在等離子體化學領域中常用的產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)射等其他機制的作用，導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，實質上屬高溫

9、熱電離。目前，實驗室和生產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生銫等離子體。 激光輻射電離本質上也屬光電離，但其電離機制和所得結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)電離機制等。就多光子電離而言，是同時吸收許多個光子使某物質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領域的應用呈明顯上升趨勢，如激光等離子體化學沉積等。 3. 射線輻照法用各種射線或者粒子束對氣體進行輻照也能產生等離子體。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生的高溫來產生等離子體的，實質上也屬于熱致電離，稱為激波等離子體。