等離子體化學及其應用

等離子體化學及其應用第一頁，共八十頁，2022年，8月28日

等離子體化學參考書(要目)

1.趙化僑,

“等離子體化學與工藝”,中國科技大學出版社,1993年.2.徐學基等,“氣體放電物理”,復旦大學出版社,1996年. 3.陳杰瑢,“低溫等離子體化學及其應用”,科學出版社,2001年. 4.

K.H.Beckeretal.,“Non-EquilibriumAir

Plasmasat

AtmosphericPressure”,InstituteofPhysicsPublishing,2005.

第二頁，共八十頁，2022年，8月28日

什么是等離子體?

“Plasma”I.Langmuir1926

*定義1:“包含足夠多的正負電荷數(shù)目近于相等的帶電粒子的物質(zhì)聚集狀態(tài)?！保ń鹩用瘢讶?，“低溫等離子體物理基礎”，清華大學出版社，1983年）過分廣義。

固態(tài)等離子體：晶格中正離子與自由電子組合;半導體中電子與空穴的組合等。

液態(tài)等離子體：如電解質(zhì)溶液中正負離子的組合。*定義2:“等離子體是由大量帶電粒子組成的非凝聚系統(tǒng)。”（國家自然科學基金委，“等離子體物理學發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報告”，1994年）強調(diào)了非凝聚系統(tǒng)，即排除了單純的固態(tài)和液態(tài)，但包含了電子束和離子束。第三頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體定義3:

“等離子體是包含足夠多的正負電荷數(shù)目近于相等的帶電粒子的非凝聚系統(tǒng)?！保╕XF）單純氣態(tài)：完全或部分電離了的氣體

(微放電區(qū)電離度下限~10-6,大氣壓下放電空間平均電離度可低至~10-12)非單純氣態(tài)：塵埃等離子體

(伊林，王友年，王曉剛，王德真）霧滴等離子體（YXF）第四頁，共八十頁，2022年，8月28日

*等離子體科學是一門典型的物理、化學和材料等學科的交叉科學，它包含了電磁學、分子碰撞動力學、化學反應動力學和表面科學等分支學科*等離子體物理是研究等離子體自身運動規(guī)律及其與周圍物質(zhì)相互作用過程的一門分支學科，它是物理學的一門獨立分支學科（物理學之二級學科）第五頁，共八十頁，2022年，8月28日*等離子體化學這個名詞最早出現(xiàn)在國外1967年出版的一本專著書名上

（“PlasmaChemistryinElectricalDischarges”）*“等離子體化學是研究等離子體中各種粒子之間或這些粒子與電磁輻射及周圍物質(zhì)間相互化學作用的一門分支學科?！保╕XF）

國家標準（一級學科→二級學科→三級學科）

化學→物理化學→高能化學（包括輻射化學、等離子體化學等）第六頁，共八十頁，2022年，8月28日

分子活化的幾種主要手段（一）1.熱活化

通過升高反應溫度提高分子平動能

k=pz0exp(-Ea/RT)

2.催化活化

是經(jīng)典的但仍是當前工業(yè)上應用最廣的促進化學反應的主要手段1).通過表面吸附濃縮反應物(相當于提高 碰撞頻率z0

)2).在催化劑表面形成有利的分子取向(提高方位因子p)3).通過形成新的反應途徑降低反應活化能

Ea第七頁，共八十頁，2022年，8月28日分子活化的幾種主要手段（二）3.光子活化通過合適波長光子對反應物分子內(nèi)能態(tài)(轉(zhuǎn)動態(tài)、振動態(tài)及電子態(tài))的激發(fā)提高反應速度，往往也同時增加新的反應途徑。如膠片感光，天然及人工光合作用，各種光化學反應研究等。

H2O+hn→

OH+H(DH~242nm)

(H20僅吸收短于185nm的光,到達地球之太陽光中含此波段光很少)

RNDixon,DWHwang,XFYang,…,XMYang,

Science,285(1999)1249-53.（λ

=

121.6nm）4.

電子活化

(系等離子體活化之一次過程)電子與反應分子碰撞產(chǎn)生激發(fā)態(tài)原子、分子、自由基和離子等。

第八頁，共八十頁，2022年，8月28日第九頁，共八十頁，2022年，8月28日分子活化的幾種主要手段（三）幾種活化方式的組合：1).光催化2).等離子體+催化3).等離子體+光+催化第十頁，共八十頁，2022年，8月28日太陽能光解水–產(chǎn)業(yè)化???(2003年1月10日,大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)招商會)

Dr.Dae-ChulPARK(樸大吉) (韓國化學研究院)(1992年研究光解水至今) 光催化劑:Ni/CdxZnxSyMz,壽命>>1年,US$40/kg 產(chǎn)氫(99.99%)率:3,000ml/(hm2)(cat.量:500g) 利用波長:UV

λ

≤

470nm* * *

問題:Na2S/Na2SO3催化劑保護劑(除氧) 價格:US$2/m3高純氫???催化劑耐氧,氫-氧及時廉價分離；真正產(chǎn)業(yè)化~100年？

第十一頁，共八十頁，2022年，8月28日半導體光(電)催化分解水SC2hn2e2h++H2O(空穴,hole)?O22

H+SCH22H2O(g)+2hn2H2+O2

lth=495nm-------------------------------------------------------------------------第十二頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類(一)按存在分類

1).天然等離子體

宇宙中99%的物質(zhì)是以等離子體狀態(tài)存在的,如恒星星系、星云，地球附近的閃電、極光、電離層等。如太陽本身就是一個灼熱的等離子體火球。

2).人工等離子體

如：*日光燈、霓虹燈中的放電等離子體。*等離子體炬（焊接、新材料制備、消除污染）中的電弧放電等離子體。*氣體激光器及各種氣體放電中的電離氣體。

第十三頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類(二)按電離度分類

e+A

A++2e

忽略二階電離,ni=ne,

nn為中性粒子濃度

a=ne/(ne+nn)

1).完全電離等離子體

a=1

2).部分電離等離子體

0.01

<a<1

3).弱電離等離子體

~10-12

<a<

0.01第十四頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類SAHA方程

在僅含單種氣體的完全平衡和局域熱力學平衡等離子體中存在著電離平衡:A?A++eSAHA推導出如下方程:

a2/(1-a2)=

2.4×10-4

(T5/2/P)exp(-wi/kT)

P氣壓(Torr)

T

絕對溫度(°K)

wi

氣體分子（原子）電離電位(eV)kBoltzman常數(shù)

(8.614×10-5eV?deg-1)

第十五頁，共八十頁，2022年，8月28日電離過程:

e+AA++2e

kion

P2三體復合過程:

e+A++MA+M

krecom

P3

第十六頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類常壓熱平衡條件下氮等離子體的電離度a隨溫度變化

T(°K

)a5,000 3.2×10-710,000 0.0065

15,000 0.2220,0000.82

***

星際空間氣壓很低(~101-2粒子/cm3)，低溫下即會高度電離（電離源：宇宙射線,或直接來自太陽大氣層—太陽風）。第十七頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類(三)按熱力學平衡分類

1.完全熱（力學）平衡等離子體(CTE)(CompleteThermalEquilibriumPlasma)

2.局域熱（力學）平衡等離子體(LTE)(LocalThermalEquilibriumPlasma)

3.非熱（力學）平衡等離子體(NTE)(Non-ThermalEquilibriumPlasma)（orNon-EquilibriumPlasma)

第十八頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體分類(四)按系統(tǒng)溫度分類(1eV=11,610°K)

1.高溫等離子體

(LTE)

Tg=Ti=Te=…=108-9

°K

(104-5eV)

2.低溫等離子體

1).熱等離子體

TgTiTe

（~LTE)

5,000°K

<

Tg<20,000°K

(~0.5–2eV)

2).冷等離子體

Te>>TiTg

（NTE)

100°K

<

Tg<1,000°K

Te通常為1至數(shù)十eV(可比熱等離子體高！)第十九頁，共八十頁，2022年，8月28日冷等離子體工藝特點

*(趙化僑，等離子體化學與工藝，P11)

“非平衡性對等離子體化學與工藝來說十分重要。這意味著，一方面電子有足夠高的能量使反應物分子激發(fā)、離解和電離，另一方面反應體系又得以保持低溫乃至接近室溫。這樣一來不僅設備投資少、省能源，……而且所進行的反應具備非平衡態(tài)的特色。”(更重要的，還應包括防止高溫帶來的各種不希望的變化---YXF)第二十頁，共八十頁，2022年，8月28日冷等離子體工藝特點示例

3O2?2O3

（?G=+327kJ/mole）

Kp

≌Ka=[P(O3)]eq2/[P(O2)]eq3=exp[-?G/RT]

≌510–58

在1atm.,P(O2)=0.21atm.下,

[P(O3)]eq≌210-30(atm.)

實際上，通過DBD放電，很易制備出含O3百分之幾的氣體來。（熱力學第二定律是否被破壞？與催化作用特點進行比較。）臭氧通過常規(guī)化學方法幾乎無法制備?。┑诙豁摚舶耸?，2022年，8月28日等離子體中各種粒子間的碰撞過程

中性粒子電子正離子負離子光子第二十二頁，共八十頁，2022年，8月28日電子與中性原子、分子間的基元(elementary)碰撞過程1)彈性（elastic)碰撞過程，僅有平動能交換2)非彈性（inelastic)碰撞過程，包含內(nèi)能(振動、轉(zhuǎn)動、電子態(tài)）變化3)電離（ionization)碰撞

e+AA++2e4)附著(attachment)碰撞（當A具有正電子親合勢時）

e+A+MA-+M反應(reactive)碰撞，如解離反應：

e+ABA

+B+e6)復雜

碰撞過程，如：

解離電離 e+ABA++B+2e

解離附著 e+ABA-+B

第二十三頁，共八十頁，2022年，8月28日低溫等離子體的產(chǎn)生方式氣體放電等離子體

（電場作用加速荷電粒子導致電離）1）低氣壓放電：直流輝光放電高頻放電（微波、射頻）2）高氣壓放電：直流弧光放電(~LTE)電暈放電(NTE)介質(zhì)阻擋放電(NTE)2.熱致電離等離子體

(高平動能原子、分子碰撞導致電離)高溫燃燒、爆炸、擊波3.輻射電離等離子體

（光電離）X-射線、紫外光等第二十四頁，共八十頁，2022年，8月28日電暈層外區(qū)（暗區(qū)）電暈放電形成條件:二電極曲率半徑相差懸殊(線筒、線板、針板）特點：1.高氣壓(105-106Pa)高電壓降(103-105V)低電流密度(10-3-10-6A/cm2)4.Te>>Ti

Tg

102°K

電暈層筒狀電極線電極第二十五頁，共八十頁，2022年，8月28日介質(zhì)阻擋放電形成條件:二電極間有絕緣介質(zhì)存在交變電場特點：1.高氣壓(105-106Pa)高電壓降(103-105V)低電流密度(10-2-10-3A/cm2)Te>>TiTg

102°K

HV（a.c.)第二十六頁，共八十頁，2022年，8月28日大氣壓輝光放電(APGD)MasuhoroKogomaetal.1987年世界上首次獲得APGD(2004年12月Kogoma來大工訪問)早期三條件: 1)He 2)交流頻率>1kHz 3)DBD 亞穩(wěn)態(tài)壽命長，擴散系數(shù)大,其能量與電離勢接近高分子膜及紡織品改性處理;大氣壓下均勻CVD等F.Massines:(8thAPCPST,Australia,July,2006) N2:APTD; He:APGD(雙介質(zhì)層;緊密接觸)[清華王新新,大工王德真等,國自重點基金(~2004-2007)]第二十七頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體化學的主要應用及若干最新進展大規(guī)模集成電路制備中的等離子體化學刻蝕與沉積(已大規(guī)模工業(yè)應用）等離子體平面顯示器(PDP)(已進入規(guī)模生產(chǎn)階段）等離子體化工合成及轉(zhuǎn)化（O3發(fā)生器，已工業(yè)化半世紀，CH4轉(zhuǎn)化，煤轉(zhuǎn)化，等離子體引發(fā)聚合，……)等離子體環(huán)境工程（燃煤電廠煙氣中氮、硫氧化物脫除，VOC脫除，汽車尾氣中氮氧化物脫除，固體廢料處理，……)紡織品等材料表面的等離子體改性

(已產(chǎn)業(yè)化）等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)制備各種新型材料（金剛石，類金剛石，碳納米管，……)第二十八頁，共八十頁，2022年，8月28日大規(guī)模集成電路制備中的等離子體化學刻蝕與沉積*全世界與大規(guī)模集成電路相關工業(yè)總產(chǎn)值已達萬億美元以上。等離子體化學刻蝕與沉積是大規(guī)模集成電路工業(yè)生產(chǎn)中的核心環(huán)節(jié)之一。*1998年7月，參觀了設在臺新竹交通大學內(nèi)的“國科會毫微米元件實驗室”。其設備總值約1億美元，包含一套從美進口的90年代中期水平的大規(guī)模集成電路工業(yè)生產(chǎn)流水線（超凈廠房，10級，<10塵埃/m3)。已完成250nm元件技術(shù)開發(fā)，正在開發(fā)130nm元件制備技術(shù)。每年來此實驗室工作的臺研究生有約400人。

第二十九頁，共八十頁，2022年，8月28日大規(guī)模集成電路制備中的等離子體化學刻蝕與沉積以Si刻蝕為例：Mask制備：UV,VUVlasers:X-ray<100nm(同步輻射）Electron-beamFMask

Si等離子體化學刻蝕：屬干法刻蝕，刻蝕形狀規(guī)則，應可勝任~100nm之刻蝕?？涛g中要求保持盡可能低的氣體壓力和盡可能高的電子密度(等離子體密度）。如90年代初工業(yè)上開始采用的新型“Helicon”射頻源（70年代中期實驗室研究成功）氣體壓力從數(shù)百mtorr降至數(shù)mtorr，等離子體密度從109cm-3

上升至1010-12cm-3

(相當于電離度從10-6上升至10-3-10-1)

。第三十頁，共八十頁，2022年，8月28日大規(guī)模集成電路制備中的等離子體化學刻蝕與沉積Si刻蝕用氣體以CF4+O2最為常用。與刻蝕相關主要反應：１）CF4

+eCF3(CF2,CF,F)+e

O2+eO+O+e

2）CF2+O

COF+F

CF2

+OCO+F

+F

COF+OCO2+F

3）Si+4FSiF4

*王友年等，新一代等離子體源刻蝕機理研究:<低氣壓多頻等離子體與材料表面相互作用

>(國自重點基金:2007-2010)第三十一頁，共八十頁，2022年，8月28日FrontBackGlassGlassPbO,Dielectriclayer(transp.)ITO(In+TinOxide,transparentsustainedelectrode)Phosphor(RGB:red,green,blue)h=0.13mm,d=0.1mm,

1Pixel=R+G+B,1.08mmAgelectrodeAddresselectrode(Notinscale)MgO(500nm)2.等離子體平面顯示器(PDP)第三十二頁，共八十頁，2022年，8月28日DBDdischarge(~200V,160kHz,2sSq.W.)

VUV(147nm[Xe*],173nm,[Xe2*])

Phosphorescence(RGB) Ne(96%)+Xe(4%),400Torr

Ne+e

Ne* Ne*+XeNe+Xe+(PenningIonization) Xe++Xe+MXe2++M

Xe2++e

Xe*+Xe Xe*

Xe*+h Xe*+Xe+M

Xe2*+M

Xe2*

Xe2*+h第三十三頁，共八十頁，2022年，8月28日PDP優(yōu)點:

1).相對于CRT,低電壓(<200V) 2).相對于LCD,寬視角3).超大屏幕顯示PDP需要改進之處:

電光轉(zhuǎn)換效率低

=Blum/Pelec Blum–熒光功率(lm)

Pelec–輸入電功率(W)

CRT:=5lm/WPDP:=1.5lm/W（平面顯示器：CRT,LCD,PDP,OLEDs,DLP,

E-Paper)

第三十四頁，共八十頁，2022年，8月28日3等離子體化工合成及轉(zhuǎn)化(示例)

O3制備DBD放電，已工業(yè)化（瑞士等發(fā)達國家飲用水凈化）半個世紀，不斷有新的應用（小家電消毒、滅菌）。

*初始過程DH(eV)

O2+e

O2*(1Dg)+e

0.997

O2+e

O+O+e

5.115

O2+e

O+O-+e

3.654

O2+e

O+O(1D)+e

7.082……*O3生成

O2+O+MO3+MO-+O2*

O3+e……

大連凌水有O3發(fā)生器工廠，從數(shù)百瓦到數(shù)十千瓦）第三十五頁，共八十頁，2022年，8月28日

4.等離子體環(huán)境工程(示例)

人類新世紀面臨的三大環(huán)境問題CO2等溫室氣體排放帶來的全球氣候變暖及海平面升高等災害2.NOx,SOx等排放帶來的酸雨等災害3.臭氧層破壞帶來的紫外輻射穿透到大氣層問題第三十六頁，共八十頁，2022年，8月28日

4.等離子體環(huán)境工程(示例)

最重要的空氣污染物:氮氧化物(NOx=NO,NO2,N2O)硫氧化物(SOx=SO2,

SO3

)(酸雨?。┛蓳]發(fā)性有機化合物(VOC’s)

如甲醛、苯、甲苯等VOC=VolatileOrganicCompounds第三十七頁，共八十頁，2022年，8月28日

4.等離子體環(huán)境工程(示例)

NOx脫除

1).還原法

NOx+NH3(HR,CO,H2,…) →N2+H2O(+CO2)

*

火力發(fā)電廠燃燒尾氣:NH3-selectivecatalytic reduction(overoxidesofV,Ti,W).已產(chǎn)業(yè)化

*

汽車尾氣(oxygen-free）

三效催化劑（Three-WayCatalysts) 同時脫除NOx,HR&CO 已產(chǎn)業(yè)化

*

富氧燃燒(lean-burn)內(nèi)燃機尾氣

選擇還原催化劑開發(fā)中第三十八頁，共八十頁，2022年，8月28日

2).氧化法

NO+O(O3,HO2)→NO2

NO2+OH→HNO3 HNO3+NH3→NH4NO3

3).分解法

NOx→N2+O2

*熱力學可行

*最理想也最困難第三十九頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體(氧化)法脫除氮、硫氧化物（一）電子束法：

日Ebara公司，1970年提出，80年代初中試，90年代中期工業(yè)化。我國成都電廠（200MW機組，30萬Nm3/h煙氣），1998年建成使用(日方贈送)。*O,OH,HO2產(chǎn)生

O2+eO+O+eorO+O(1D

)+eH2O+eH2+

OorOH+O

H+O2+MHO2+

M

H2O+O(1D

)

OH+OH第四十頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體法脫除氮、硫氧化物（二）*NH4NO3及NH4SO4生成

NO+O+MNO2+

MNO+HO2NO2+OH

NO2+OH+MHNO3+

M

NH3+

HNO3

NH4NO3

SO2SO3H2SO4

NH4SO4脈沖電暈法：吳彥等（國家“八五”，“九五”攻關，“十五”“863”）第四十一頁，共八十頁，2022年，8月28日等離子體法脫除VOC

2005年5月,加拿大McMaster大學等離子體環(huán)境工程專家Jen-ShihChang(張仁世)教授訪問大工(華裔,日出生至獲碩士,會日、英、漢語）*等離子體脫除室內(nèi)VOC

（全世界~50萬臺空調(diào)器/年，dcorPulseddc）

步驟1：靜電除塵

步驟2：TiO2脫VOC[dir.orindir.plasma(lamp)] 步驟3：活性碳（MnO2)脫O3及NOx*

固體垃圾處理（全世界僅日本，數(shù)十個工廠）

步驟1：焚燒發(fā)電 步驟2：等離子體炬處理燃燒灰燼 步驟3：殘渣金屬回收

張教授：東莞垃圾綜合處理方案（2005年春，全國首個）第四十二頁，共八十頁，2022年，8月28日5.紡織品等材料表面的等離子體改性以紡織品為例目的:

材料改進提高提高 提高 提高提高 染色性防水性親水性防燃性防縮性抗靜電性

羊毛

棉花

聚酯纖維

手段： 刻蝕，交聯(lián)或分子鏈切斷，官能團導入第四十三頁，共八十頁，2022年，8月28日5.紡織品等材料表面的等離子體改性（續(xù)）示例：用全氟丁二烯-[2]

CF3-CF=CF-CF3對甲基丙烯酸甲酯表面進行等離子體引發(fā)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。第四十四頁，共八十頁，2022年，8月28日6.

等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)碳納米管，納米線半導體材料(PlasmaNano-Science)(1)化學氣相沉積法（主導地位）

碳納米管 沈陽金屬所成會明組（2003年遼寧省自然科學一等獎） 清華大學機械系吳德海組（2002年拜訪）

納米線(ZnO等納米線半導體材料）

楊培東組（U.C.Berkeley,1971年生,國際領先）

（2005年2月參觀其LAB,2001年“Science”論文單篇引用到2007年9月超過1800次）(2)等離子體增強化學氣相沉積法（邱介山組等）(3)激光剝離法第四十五頁，共八十頁，2022年，8月28日6.

等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)(續(xù))

金剛石膜化學氣相沉積四面體堆積sp3-s鍵C-C鍵距:1.54?d=3.51g/cm3第四十六頁，共八十頁，2022年，8月28日層內(nèi):sp2-s鍵C-C鍵距:1.42?層間:大p鍵間范德華力層間距:3.355?d=2.26g/cm3第四十七頁，共八十頁，2022年，8月28日金剛石向常溫常壓下穩(wěn)定晶相石墨的轉(zhuǎn)化無氧,常壓>1,000°C方發(fā)生Ea~170kcal/moleDH=0.45kcal/moleGD第四十八頁，共八十頁，2022年，8月28日天然及人工金剛石有關發(fā)展歷史(一)*天然金剛石:三千余年前在印度發(fā)現(xiàn)*高溫高壓(HPHT)合成金剛石:5–10萬大氣壓,~2,000°C1953年在瑞典及美國工業(yè)化成功(Nobel獎)金剛石產(chǎn)量(飾物、磨料等）

年代天然（噸）

HPHT（噸）

19682.26.8

1990~50~70價格(US$/Carat)(1Carat=0.2g)黃金:2-3;金剛石平均:~50(2–10k)第四十九頁，共八十頁，2022年，8月28日天然及人工金剛石有關發(fā)展歷史(二)低壓(<或~1atm)化學氣相沉積金剛石膜*1952(美)首次有記錄成功(專利1962),CH4等熱分解,沉積速率<0.01mm/h.*1950-1970’s前蘇聯(lián)科學家發(fā)現(xiàn)H原子作用*1982-1983日本NIRIM熱絲及微波法產(chǎn)生H原子,沉積速率>1mm/h.*1980年代末90年代初,研究規(guī)模劇升如美,1986年,9個研究組;1992年>50個*1990年代末~00年代初,相對低潮[碳納米管時代(peak:~1995-~2005)]第五十頁，共八十頁，2022年，8月28日金剛石無與倫比的奇異特性*最大原子數(shù)密度 *最已知最硬物質(zhì) (1.761023/cm3)(~100GPa)*室溫下具最高熱導 *極小的熱膨脹率,為Cu之5倍 系數(shù)*良好的紅外(至>100m)、 *良好的電絕緣體可見、紫外(>220m)室溫下電阻率：及X-射線波段透過率~106

-cm

*可通過攙雜成為帶隙 *良好的化學惰性5.45eV的半導體*低摩擦系數(shù)（與聚四氟乙烯接近） 第五十一頁，共八十頁，2022年，8月28日ActivationH2(+eorheat)H+HH+CH4

CH3+H2Transport+ReactionSubstrateReactantsH2/CH4(20~760Torr)(~100/1)

Diamond(700~1,000C)第五十二頁，共八十頁，2022年，8月28日substratediamondCH3HatomsH2/HedistrargeCH3N=NCH3/He(1,000

C)DiamondCVDwithHandCH3beamsPeterChenetal.Science,263(1994)1596第五十三頁，共八十頁，2022年，8月28日H原子在金剛石膜生長中的關鍵作用氣相中促進CH3等自由基生成,如:

H+CH4

CH3+H2 H+CH3CH2+H22.

促進金剛石碳骨架生成

H+S-CH3

S=CH2+H23.

選擇性刻蝕石墨碳

H+S=CH

S-CH2

第五十四頁，共八十頁，2022年，8月28日第五十五頁，共八十頁，2022年，8月28日第五十六頁，共八十頁，2022年，8月28日第五十七頁，共八十頁，2022年，8月28日第五十八頁，共八十頁，2022年，8月28日CVD金剛石單晶2004年11月報道:

PhoenixCrystalCorp.及

LosAlamosNationalLaboratory

已制備出105mm單晶CVD金剛石,性能明顯優(yōu)于多(微)晶金剛石.第五十九頁，共八十頁，2022年，8月28日CVD金剛石膜應用(一)機械加工工具覆蓋膜

*最高硬度 *低熱膨脹系數(shù)

(北京建材部人工晶體所)

2.芯片最佳襯底材料

*常溫下最高熱導率 *良好絕緣性

*化學惰性 *低熱膨脹系數(shù)

(90年代初已有試商品問世)

各種絕緣材料的熱導率(Wm-1

°C-1)

天然金剛石CVD金剛石BeOAlNxAl2O32,000700~1,70022370~23029第六十頁，共八十頁，2022年，8月28日CVD金剛石膜應用(二)3.光學窗口

*寬波段光學透過率*最高硬度

*化學惰性 *低熱膨脹系數(shù)

(導彈紅外跟蹤器窗口;大型CO2激光器窗口)

(北京科技大學 呂反修組)

4.新一代金剛石基半導體???

*寬帶隙 (金剛石5.45eV,Si1.10eV) Si基半導體工作溫度:<70°C

*常溫下最高熱導率

*低熱膨脹系數(shù)

(要解決單晶,攙雜,成本等問題)第六十一頁，共八十頁，2022年，8月28日大連理工大學低溫等離子體研究中心(全國最大的低溫等離子體研究基地)

*~50名教師、研究人員

*~300名研究生

*“三束”材料改性國家重點實驗室

*國家重點學科：等離子體物理 *跨物理、化學、化工、材料、應用電子技術(shù)等學科專業(yè)第六十二頁，共八十頁，2022年，8月28日大連理工大學等離子體物理化學實驗室LaboratoryofPlasmaPhysicalChemistry(

http://)主要研究方向:*高氣壓非平衡等離子體活性物種診斷及基本物理化學過程研究*等離子體與催化協(xié)同活化小分子研究

*高氣壓非平衡等離子體化學氣相沉積研究

(5名教授、副教授；~30名博士生和碩士生)第六十三頁，共八十頁，2022年，8月28日43H.V.7TMP450L/sTMP150L/sTMP1500L/s10928GasinPump561具三級差分抽氣系統(tǒng)和閾值電離能力的分子束質(zhì)譜裝置

(主體自行設計研制,國內(nèi)首臺,近百萬投資)(楊學鋒、丁洪斌、徐勇、宋志民、朱愛民、劉佳宏、唐書凱、劉東平、王文春、王衛(wèi)國等）第六十四頁，共八十頁，2022年，8月28日Wen-ChunWang,A.Belyaev,Y.Xu,A.Zhu,C.Xiao,X.-F.Yang,Chem.Phys.Letters,377(2003)512-518.

第六十五頁，共八十頁，2022年，8月28日H

H

H-1.4a.u.5.5a.u.StructureofStableH3-第六十六頁，共八十頁，2022年，8月28日FirstreliableexperimentalobservationsofH3-and/D3-.ThelifetimeofH3-/D3->35s3.

H-+H2+M

H3-

+M

apossibledominantformationmechanismofH3-

Conclusions

第六十七頁，共八十頁，2022年，8月28日“SincetheexistenceofH3-hasbeencontro-versiallydiscussedsincedecades,thisisanimportantresult.”theobservations“maystimulatefurtherexperimentalandtheo-reticalinvestigationsonaninterestingproblemofmolecularphysics.”“因為對H3-負離子存在有異議的討論已延續(xù)數(shù)十年，這是一個重要的實驗結(jié)果?！边@一觀測“將對分子物理領域這一引人注目問題的更深入的實驗和理論研究起到激勵作用?！钡诹隧?，共八十頁，2022年，8月28日Feb,2004,M.Cizek,Privatecommun.1Hartree(a.u.)=27.2116eVER=h2J(J+1)/(82R2)第六十九頁，共八十頁，2022年，8月28日第七十頁，共八十頁，2022年，8月28日Wei-GuoWang,YXu,A-MZhu,Z-WLiu,XLiu

andX-