微波与等离子体下的无机合成.pptVIP

1.电离由于微波等离子体属于低温等离子体，其重粒子温度相当低，而电子温度很高。高能电子与分子碰撞的结果将产生一系列活化组分．其中电离是形成等离子体时必不可少的基元过程。主要的电离过程有：（1）电子碰撞电离（2）亚稳态粒子的作用及Penning电离（3）离子碰撞电离（4）光电离*第29页，共55页，星期日，2025年，2月5日(1)电子碰撞电离式中，A代表气态原子或气态分子。作为入射粒子的自由电子经碰撞传能后速度降低。为简化起见，以下不再注明碰撞前后入射粒子的速度变化。电子碰撞电离是等离子体中产生带电粒子的主要源泉。*第30页，共55页，星期日，2025年，2月5日电离机制的不同，又可将电子碰撞分为如下几种①直接电离：实际上，前式所表示的是电子碰撞直接电离。直接电离乃是一种最普遍的电离方式，因而具有代表性。②离解电离：多原子分子还可能发生离解电离。③累积电离：如果一种分子先被激励成激发态，再经电子碰撞而电离则称为电子碰撞累积电离。式中、A*为激发态分子。但这种电离过程除非A*是寿命长的亚稳态粒子外，并不怎么重要。*第31页，共55页，星期日，2025年，2月5日(2)亚稳态粒子的作用及Penning电离亚稳态原子/分子对原子/分子的激发或电离都有重要作用。特别是高能态的亚稳态粒子更为重要。亚稳态粒子的生成机制主要有以下几种：式中，X，Xm，X*。分别为粒子的基态、亚稳态和激发态。在第二种情况下，激发能级显然比亚稳能级高，属于辐射跃迁。第三种情况也可认为激发态粒子处于更高能量状态，但能级间的差值转变成了电子的动能，属于无辐射跃迁。此外，分子还可借下列过程形成亚稳态。*第32页，共55页，星期日，2025年，2月5日有亚稳态粒子参与的电离过程也可依不同特点分为以下几种：①有亚稳态粒子的累积电离：亚稳态粒子自身已具有相当大的内能，与电子碰撞又会进一步获得能量，若累积的能量超过电离能时便发生累积电离。累积作用在气体放电中起着重要作用。辉光放电的弱电离等离子体中，电子温度只有数个eV，能够满足累积电离的电子数要比引起直接电离的电子数多得多，以至有时累积电离甚至可超过直接电离。*第33页，共55页，星期日，2025年，2月5日②Penning电离：如亚稳态粒子Xm与中性原子或分子Y相碰撞，且前者的激发能Em大了后者的电离能Ei，即：Em＞Ei时，便可以使中性粒子Y电离。可记为其中Xm的亚稳激发能与Y的电离能之差转换成电子的动能。Penning电离在气体放电中起着很重要的作用。*第34页，共55页，星期日，2025年，2月5日③亚稳态粒子间的碰撞电离实际上，Y粒子在碰撞前可以是基态的，也可以是激发态的，甚至在同类的两个亚稳态粒子之间也可发生如下所示的电离。这也可视为一种Penning过程，只不过能量条件是2Em＞Ei。但在一般的辉光放电中亚稳态粒子的密度远比中性粒子低，加之能量条件的限，这一过程所起的作用并不重要。*第35页，共55页，星期日，2025年，2月5日(3)离子碰撞电离辉光放电等离子体中这个过程所起作用不重要。*第36页，共55页，星期日，2025年，2月5日(4)光电离设某种粒子的电离能为Ei，那么只要光子能量满足hv＞Ei，光电离便可以发生。等离子体中的光电离不仅可由外界的入射光作用产生，也可藉等离子体辐射产生。*第37页，共55页，星期日，2025年，2月5日2.激发(excitation)在弱电离等离子体中，中性粒子的激发主要是由电子碰撞引起的。基态原子通过与自由电子的非弹性碰撞得到能量而跃迁的过程又可分为两种：光学允许跃迁与光学禁阻跃迁；后者是由入射电子与原子外层电子的交换相互作用而引起的，其激发态能级为亚稳能级，也叫做亚稳跃迁。电子碰撞使分子激发问题比原子激发复杂得多，这是因为分子激发不仅可产生分子的电子激发态，还可产生分子振动激发和转动激发，其中电子激发和振动激发更为重要，分子的电子态和振动态的改变对分子化学活性有很大的影响。*第38页，共55页，星期日，2025年，2月5日3.复合(recombination)过程复合是电离的逆过程。即由电离产生的正负荷电粒子重新结合成中性原子或分子的过程。主要的复合过程有如下几种：*第39页，共55页，星期日，2025年，2月5日*第1页，共55页，星期日，2025年，2月5日1.微波加热原理-概述微波(microwave)在整个电磁波谱中的位置如图所示，通常指波长为