2019-2020年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质3.4几类其它聚集状态的物质素材鲁科版.doc

2019-2020年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质3.4几类其它聚集状态的物质素材鲁科版高密度磁记录材料：利用纳米钴粉记录密度高、矫顽力高（可达119.4KA/m）、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。磁流体：用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等。吸波材料：金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光-红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。铜（Cu）金属和非金属的表面导电涂层处理。纳米铝、铜、镍粉体有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。高效催化剂。铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。导电浆料。用纳米铜粉替代贵金属粉末制备性能优越的电子浆料，可大大降低成本。此技术可促进微电子工艺的进一步优化。铁 (Fe)高性能磁记录材料。利用纳米铁粉的矫顽力高、饱和磁化强度大（可达1477km2/kg）、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光-红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。导磁浆料。利用纳米铁粉的高饱和磁化强度和高磁导率的特性，可制成导磁浆料，用于精细磁头的粘结结构等。纳米导向剂。一些纳米颗粒具有磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚集于体内的局部，从而对病理位置进行高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。 镍(Ni)磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等。高效催化剂。由于比表面巨大和高活性，纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。高效助燃剂。将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率,改善燃烧的稳定性。导电浆料。电子浆料广泛应用于微电子工业中的布线、封装、连接等，对微电子器件的小型化起着重要作用。用镍、铜、铝纳米粉体制成的电子浆料性能优越，有利于线路进一步微细化。高性能电极材料。用纳米镍粉辅加适当工艺，能制造出具有巨大表面积的电极，可大幅度提高放电效率。活化烧结添加剂。纳米粉末由于表面积和表面原子所占比例都很大，所以具有高的能量状态，在较低温度下便有强的烧结能力，是一种有效的烧结添加剂，可大幅度降低粉末冶金产品和高温陶瓷产品的烧结温度。金属和非金属的表面导电涂层处理。由于纳米铝、铜、镍有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。锌(Zn)高效催化剂。锌及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。一、物质的第四态等离子态早在19 世纪初，物理学家便提出：是否存在着与已知的物质“三态”有本质区别的第四态？随之进行了许多探索和研究。1835年，法拉第用低压放电管观察到气体的辉 光放电现象。1879年，英国物理学家克鲁克斯在研究了放电管中“电离气体”的性质之后，第一个指出物质还存在一种第四态。1927年朗格谬在研究水银蒸 气的电离状态时最先引入plasma（等离子体）这一术语。1929年汤克斯和朗格谬给等离子体赋予“电离气体”的涵义。由此可见，发现物质第四态已经有 100多年了。物质的这一新的存在形式是经气体电离产生的由大量带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、分子）所组成的体系，因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体。继固、液、气三态之后列为物质的第四态等离子态。之所以 把等离子体视为物质的又一种基本存在形态，是因为它与固、液、气三态相比无论在组成上还是在性质上均有本质区别。即使与气体之间也有着明显的差异。首先， 气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。其二，组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒 子间存在库仑力，并由此导致带电粒子群的种种特有的集体运动。第三，作为一个带电粒子系，等离子体的运动行为明显地会受到电磁场的影响和约束。需说明的 是，并非任何电离气体都是等离子体。只有当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时，体系的性质才会从量变到质变， 这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不过是互不相关的各部分的简单加合，而不具备作为物质第四态的典型性质和特征， 仍属于气态。二、产生等离子体的常用方法和原理产生等离子体的方法和途径多种多样，涉及许多微观过程、物理效应和实验方法。其中，宇宙天体及地球上层大气的电离层属于自然界产生的等离子体。在等离子体化学领域中常用的产生等离子体的方法主要有以下几种：1.气体放电法 在电场作用下获得加速动能的带电粒子特别是电子与气体分子碰撞使气体电离，加之阴极二次电子发射等其他机制的作用，导致气体击穿放电形成等离子体。按所加的电场不同可分为直流放电、高频放电、微波放电等。若按放电过程的特征划分，则可分为电晕 放电、辉光放电、电弧放电等。辉光放电等离子体属于非平衡低温等离子体，电弧放电等离子体属于热平衡高温等离子体。就电离机制而言，电弧放电主要是藉弧电 流加热来使中性粒子碰撞电离，实质上属高温热电离。目前，实验室和生产上实际使用的等离子体绝大多数是用气体放电法发生的，尤其是高频放电用得最多。2.光电离法和激光辐射电离 藉入射光子的能量来使某物质的分子电离以形成等离子体。条件是光子能量必须大于或等于该物质的第一电离能，例如碱金属铯的第一电离能最小，只需要用近紫外光源照射就可产生铯等离子体。激光辐射电离本质上也属光电离，但其电离机制和所得结果与普通的光电离法不大相同。不仅有单光子电离，还有多光子电离和级联电离机制等。就多光子电离而言，是同时吸收许多个光子使某物质的原子或分子电离的。例如红宝石激光的波长为0.69m， 单光子能量只有1.78eV。对于氩原子来说，只吸收一个光子不可能产生电离，但同时吸收9个光子可实现电离。因此利用红宝石激光器辐射氩气完全可以产生 氩等离子体，而用同样波长的普通光照射则不可能得到氩等离子体。激光辐射法的另一特点是易于获得高温高密度等离子体。值得注意的是，近年来激光等离子体在 化学领域的应用呈明显上升趋势，如激光等离子体化学沉积等。3.射线辐照法 用各种射线或者粒子束对气体进行辐照也能产生等离子体。例如用放射性同位素发出的、射线，X射线管发出的X射线，经加速器加速的电子束、离子束等。粒子是氦核He2+，用射线发生等离子体相当于荷能离子使气体分子碰撞电离。射线是一束电子流，它引起的电离相当于高速电子的碰撞电离。对射线、X射线来说，只需令射线能量UR=hv，显然可视为光电离。至于电子束和离子束，也都是藉已经加速的荷能粒子使气体分子碰撞电离的，但由于粒子束的加速能量、流强、脉冲等特性可加以控制而显示出许多优点。4.燃烧法 这是一种人们早就熟悉的热致电离法，借助热运动动能足够大的原子、分子间相互碰撞引起电离，产生的等离子体叫火焰等离子体。5.冲击波法 是靠冲击波在试样气体中通过时，试样气体受绝热压缩产生的高温来产生等离子体的，实质上也属于热致电离，称为激波等离子体。