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篇1

1、金屬氧化物是指氧元素與另外一種金屬化學(xué)元素組成的二元化合物，如氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈉（Na2O）等。

2、氧化物包括堿性氧化物、酸性氧化物、過(guò)氧化物、超氧化物、兩性氧化物。

3、金屬氧化物在日常生活中應(yīng)用廣泛。生石灰是一種常用的干燥劑，也可用于消毒；氧化鐵(Fe?O?)俗稱(chēng)鐵紅，可作紅色顏料；一些工業(yè)過(guò)程中應(yīng)用的催化劑也是金屬氧化物。金屬氧化物是金屬元素和氧元素結(jié)合形成的化合物。包括鉑，金在內(nèi)的所有金屬都有相應(yīng)的金屬氧化物。

（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）

篇2

關(guān)鍵字： MOA； 失效模式； 內(nèi)因分析； 外因分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 內(nèi)因分析

MOA失效的內(nèi)因分析就是研究壓敏電阻的微觀失效原理。ZnO壓敏電阻的非線(xiàn)性保持能力與晶粒的大小和晶界結(jié)構(gòu)的均勻性有關(guān)，非線(xiàn)性源于晶界效應(yīng)。當(dāng)突破了失效的多個(gè)局部臨近點(diǎn)，才會(huì)有可能導(dǎo)致熱崩潰的阻值退化，以及局部熱穿孔、電穿孔乃至炸裂失效，這說(shuō)明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個(gè)重要指標(biāo)。由公式可知，閥片的非線(xiàn)性系數(shù) 比較小時(shí)，串并聯(lián)中的各級(jí)閥片發(fā)熱分布是不平衡的。

（1）

式（1）中， 和 表示流過(guò)電流為 時(shí)換算得到的單閥片兩端電壓。從公式中可以看出，當(dāng)其非線(xiàn)性系數(shù)降低到一定值時(shí)，電壓分布的微小差異將導(dǎo)致電流的分布差異很大，由此說(shuō)明： 某單一閥片的失效將會(huì)使得其它各閥片的發(fā)熱極為不平衡。

在電網(wǎng)中，MOA工作時(shí)經(jīng)常會(huì)受到不同程度的沖擊，如果沖擊強(qiáng)度比較小時(shí)，泄漏區(qū)域段的伏安特性會(huì)出現(xiàn)“極化”現(xiàn)象，此階段是可逆的。低電壓情況下電阻的泄漏區(qū)域無(wú)大的改變，一定條件下可以恢復(fù)。

如果沖擊強(qiáng)度過(guò)大，可能導(dǎo)致MOV的晶界層勢(shì)壘發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，一些較為薄弱的勢(shì)壘將被破壞，再次遭遇強(qiáng)電流沖擊時(shí)，MOV的保護(hù)特性將發(fā)生變化，如果更加嚴(yán)重，就處于失效狀態(tài)了。在技術(shù)規(guī)范《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032-2010）中，規(guī)定了壓敏電壓 下降10%的電壓值（這里表示為 ）作為判斷MOA失效的臨界電壓值[1]。

除了強(qiáng)電流的沖擊作用，系統(tǒng)正常工作電壓 對(duì)MOA長(zhǎng)期的累積效應(yīng)，也會(huì)造成壓敏電阻的伏安特性發(fā)生一定程度的劣化，相對(duì)工頻電壓而言，避雷器的泄漏電流中既含有阻性分量，也含有容性分量。與容性分量相比，雖然泄漏電流中阻性分量要小很多，然而隨著MOA使用年限的不斷增加，功率損耗可能逐漸增大，也使得壓敏電阻產(chǎn)生老化甚至劣化現(xiàn)象。

另一方面，連續(xù)沖擊電流產(chǎn)生功率損耗，功率損耗的累計(jì)增加引起避雷器內(nèi)部溫升，會(huì)進(jìn)一步加速壓敏電阻的老化。在過(guò)去，評(píng)定壓敏電阻性能，往往看重通流指標(biāo)，忽略或不夠重視平均功率和熱阻這兩個(gè)參數(shù)，最終往往導(dǎo)致避雷器使用不當(dāng)，壓敏電阻的失效概率增大。

2 外因分析

MOA的狀態(tài)主要是與外部參數(shù)的配合關(guān)系決定的，若其非線(xiàn)性電阻特征曲線(xiàn)穩(wěn)定，即小時(shí)域內(nèi)，避雷器的工作狀態(tài)由電網(wǎng)參數(shù)決定；若其特征曲線(xiàn)從大時(shí)域來(lái)看發(fā)生變化，則是受電網(wǎng)長(zhǎng)期過(guò)電壓以及外部環(huán)境所致。下面對(duì)外部影響參數(shù)分別加以分析。

（1）瓷套污穢

MOA在較大污穢情況下運(yùn)行可能發(fā)生三種情況：即外部閃絡(luò)現(xiàn)象，內(nèi)部的局部放電，以及內(nèi)部電阻片的溫度升高。其中，放電效應(yīng)是由避雷器內(nèi)外徑向電場(chǎng)改變或分布不均勻引起的，而ZnO閥片的溫升則是由MOA外表面上的污穢層引起的非線(xiàn)性的暫態(tài)電壓分布所導(dǎo)致的。閥片電流密度J隨時(shí)間的變化特征與電場(chǎng)強(qiáng)度的變化密切相關(guān)[2]，當(dāng)遭遇到較大的脈沖電壓后，其響應(yīng)為：

（2）

由此可以說(shuō)明，閥片周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度會(huì)影響閥片的電流密度，進(jìn)而改變閥片電阻的非線(xiàn)性特性，而瓷套的污穢可以改變閥片周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度大小以及分布的不均勻性。

（2）受潮

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，MOA內(nèi)部受潮直接造成閥片外表壁電流增大，功耗增加，散熱增大，導(dǎo)致電阻片更易被熱擊穿或熱穿孔，加速了MOA老化過(guò)程，同時(shí)由于避雷器瓷套內(nèi)部溫度驟增，可能使得內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大而發(fā)生爆炸。此外，瓷套外壁的過(guò)度潮濕將對(duì)瓷套內(nèi)間隙的電容分布造成影響，從而造成避雷器的動(dòng)作特性降低，穩(wěn)定性變差，保護(hù)動(dòng)作頻度增加，更易受到暫態(tài)過(guò)電壓危害，進(jìn)一步加速避雷器老化乃至失效[3]。

（3）強(qiáng)電流沖擊

強(qiáng)電流沖擊對(duì)避雷器的影響較大，因此雷擊次數(shù)也是避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)。

（4）電網(wǎng)參數(shù)

暫態(tài)過(guò)電壓和各次諧波對(duì)無(wú)間隙MOA影響較大。無(wú)間隙MOA的拐點(diǎn)電壓（這里近似將參考電壓作為拐點(diǎn)電壓）偏低，僅為2.21～2.56倍的最大相電壓 ，而暫態(tài)過(guò)電壓可達(dá)2.5～3.5倍 [4]。

（5）機(jī)械振動(dòng)

自然災(zāi)害（如臺(tái)風(fēng)、地震等）也有可能造成避雷器的安裝損壞，從而影響避雷器的運(yùn)行。

3 結(jié)論

通過(guò)MOA內(nèi)因分析，只有突破了失效的多個(gè)局部臨近點(diǎn)，才會(huì)有可能導(dǎo)致熱崩潰的阻值退化，以及局部熱穿孔、電穿孔乃至炸裂失效，這說(shuō)明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)外因分析，各項(xiàng)條件的改變，會(huì)改變MOA運(yùn)行情況下的工作特征，尤其是電容電感特性，電位分布不均勻性，系統(tǒng)性和特性表征的外因主導(dǎo)性，從而使MOA逐步失效。

參考文獻(xiàn)：

[1] GrandkeT.Interprolation algorithms for diserete four iertransforms of weighted signals.IEEETransonIM，2003，32：350-355.

[2] 楊曉東.氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)方法分析.新疆電力技術(shù)，2008，（2）：26-29.

篇3

關(guān)鍵詞：金屬氧化物避雷器泄漏電流測(cè)試泄漏電流分析判斷

中圖分類(lèi)號(hào)：U224.2+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一前言

近年來(lái)，金屬氧化物避雷器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)MOA)以其優(yōu)異的技術(shù)性能逐漸取代了其它類(lèi)型的避雷器，成為電力系統(tǒng)一次設(shè)備的換代保護(hù)設(shè)備。由于MOA沒(méi)有放電間隙，氧化鋅電阻片長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓，并有泄漏電流不斷流過(guò)MOA各個(gè)串聯(lián)電阻片，這個(gè)電流的大小取決于MOA熱穩(wěn)定和電阻片的老化程度。如果MOA在負(fù)載下發(fā)生劣化，將會(huì)使正常對(duì)地絕緣水平降低，泄漏電流增大，直至發(fā)展成MOA的擊穿損壞。所以監(jiān)測(cè)運(yùn)行中MOA的工作情況，正確判斷其質(zhì)量狀況是非常必要的。MOA的質(zhì)量如果存在問(wèn)題，那么通過(guò)MOA電阻片的泄漏電流將逐漸增大，因此我們可以把測(cè)量MOA的泄漏電流作為監(jiān)測(cè)MOA質(zhì)量狀況的一種重要手段。

二泄漏電流測(cè)量?jī)x器原理

常見(jiàn)的MOA泄漏電流測(cè)量?jī)x器按其工作原理分兩種：容性電流補(bǔ)償法和諧波分析法。

1、容性電流補(bǔ)償法

容性電流補(bǔ)償法是去掉與母線(xiàn)電壓成π/2相位差的容性電流分量，從而獲得阻性電流。

2、諧波分析法

諧波分析法是采用數(shù)字化測(cè)量和諧波分析技術(shù)，從泄漏電流中分離出阻性電流基波值。

三泄漏電流測(cè)試方法

1、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)就是利用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器或在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，比如帶毫安表的放電計(jì)數(shù)器，不間斷地監(jiān)測(cè)MOA的泄漏總電流或阻性電流，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏電流有增大趨勢(shì)時(shí)，再做帶電檢測(cè)或停電試驗(yàn)，從而預(yù)防發(fā)生事故。

2、定期帶電檢測(cè)

MOA的定期檢測(cè)是指在不停電情況下定期測(cè)量避雷器的泄漏電流或功率損耗，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)避雷器的運(yùn)行狀況作出分析判斷，對(duì)隱患作到早發(fā)現(xiàn)早處理，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

四影響MOA泄漏電流測(cè)試結(jié)果的幾種因素分析

1、MOA兩端電壓中諧波含量的影響

諧波電壓是從幅值和相位兩個(gè)方面來(lái)影響MOA阻性電流IRP的測(cè)量值，諧波狀況不同，可能使測(cè)得的結(jié)果相差很大。而阻性電流基波峰值IRIP則基本不受諧波成份影響，因此建議現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析判斷時(shí)應(yīng)以阻性電流基波峰值IRIP為準(zhǔn)。

2、MOA兩端電壓波動(dòng)的影響

由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況在不斷變化，特別是系統(tǒng)電壓的變化對(duì)MOA的泄漏電流值影響很大。因此在對(duì)MOA泄漏電流進(jìn)行橫向或縱向比較時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄MOA兩端電壓值，據(jù)此正確判定MOA的質(zhì)量狀況。

3、MOA外表面污穢的影響

MOA外表面的污穢，除了影響電阻片的電壓分布而使其內(nèi)部泄漏電流增加外，其外表面泄漏電流對(duì)測(cè)試精度的影響也不能忽視。污穢程度不同，其外表面的泄漏電流對(duì)MOA的阻性電流的測(cè)量影響也不一樣。由于MOA的阻性電流較小，即使較小的外表面泄漏電流也會(huì)給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)誤差，因此應(yīng)盡量排除外表面污穢的影響。

4、溫度對(duì)MOA泄漏電流的影響

由于MOA的氧化鋅電阻片在小電流區(qū)域具有負(fù)的溫度系數(shù)及MOA內(nèi)部空間較小，散熱條件較差，有功損耗產(chǎn)生的熱量會(huì)使電阻片的溫度高于環(huán)境溫度，因此會(huì)使MOA的阻性電流增大，資料表明電阻片在持續(xù)運(yùn)行電壓下從+20℃～+60℃，阻性電流要增加79%。實(shí)際運(yùn)行中的MOA電阻片溫度變化范圍是比較大的，阻性電流的變化范圍也很大。

5、濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

濕度比較大的情況下，一方面會(huì)使MOA瓷套的泄漏電流增大，同時(shí)也會(huì)使芯體電流明顯增大，尤其是雨雪天氣，MOA芯體電流能增大1倍左右，瓷套電流會(huì)成幾十倍增加。MOA泄漏電流的增大是由于MOA存在自身電容和對(duì)地電容，MOA的芯體對(duì)瓷套、法蘭、導(dǎo)線(xiàn)都有電容，當(dāng)濕度變化時(shí)，瓷套表面的物理狀態(tài)發(fā)生變化，瓷套表面和MOA內(nèi)部閥片的電位分布也發(fā)生變化，泄漏電流也隨之變化。

6、運(yùn)行中三相MOA的相互影響

由于運(yùn)行中呈一字形排列的三相MOA，相鄰相通過(guò)雜散電容等的影響，使得兩邊相MOA底部的總電流相位發(fā)生變化，其值與MOA的安裝位置有關(guān)，MOA相間距離越近，影響越大，一般兩邊相MOA底部總電流相位變化3°左右，在運(yùn)行電壓下，MOA底部總電流的相角每變化1°，則阻性電流基波數(shù)值變化15%左右。在實(shí)測(cè)中，應(yīng)考慮這一因素的影響。

7、測(cè)試點(diǎn)電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

測(cè)試點(diǎn)電磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，會(huì)影響到電壓U與總電流IX的夾角，從而會(huì)使測(cè)得的阻性電流峰值數(shù)據(jù)不真實(shí)，給測(cè)試人員正確判斷MOA的質(zhì)量狀況帶來(lái)不利影響。

五MOA質(zhì)量狀況的判斷方法

1、參照標(biāo)準(zhǔn)法

由于每個(gè)廠(chǎng)家的閥片配方和裝配工藝不同，所以MOA的泄漏電流和阻性電流標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，測(cè)試時(shí)可以根據(jù)廠(chǎng)家提供的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。若全電流或阻性電流基波值超標(biāo)，可初步判定MOA存在質(zhì)量問(wèn)題，然后需停電做直流試驗(yàn)，根據(jù)直流測(cè)試數(shù)據(jù)作出最終判斷。

2、橫向比較法

同一廠(chǎng)家、同一批次的產(chǎn)品，MOA各參數(shù)應(yīng)大致相同，如果全電流或者阻性電流差別較大，即使參數(shù)不超標(biāo)，MOA也可能有異常。

3、縱向比較法

對(duì)同一產(chǎn)品，在同樣的環(huán)境條件下，不同時(shí)間測(cè)得的數(shù)據(jù)可以作縱向比較，發(fā)現(xiàn)全電流或阻性電流有明顯增大趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)縮短檢測(cè)周期或停電作直流試驗(yàn)，以確保安全。

4、綜合分析法

在實(shí)際運(yùn)行中，有的MOA存在劣化現(xiàn)象但并不太明顯時(shí)，從測(cè)得的數(shù)據(jù)不能直觀地判斷出MOA的質(zhì)量狀況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)MOA測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析時(shí)，一般應(yīng)先看全電流，再看阻性電流，三看諧波含量，然后看夾角，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)作系統(tǒng)分析后，判定出MOA的運(yùn)行情況。

六結(jié)論與建議

1、對(duì)新投運(yùn)的110kV以上MOA，有條件的盡可能安裝在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，以便在巡視時(shí)觀察運(yùn)行狀況，防止泄漏電流的增大。

2、不同生產(chǎn)廠(chǎng)家，對(duì)同一電壓等級(jí)的MOA在同一運(yùn)行電壓下測(cè)得的泄漏電流值差別很大，不應(yīng)用泄漏電流的絕對(duì)值作為判定MOA質(zhì)量狀況的依據(jù)，而應(yīng)與前幾次測(cè)得的數(shù)據(jù)作縱向比較，三相之間作橫向比較。

3、電壓升高、溫度升高、濕度增大，污穢嚴(yán)重都會(huì)引起MOA總電流、阻性電流和功率損耗的增大，這是應(yīng)該注意的。

4、諧波含量偏大時(shí)，會(huì)使測(cè)得的阻性電流峰值IRP數(shù)據(jù)不真實(shí)，而阻性電流基波IRIP值是一個(gè)比較穩(wěn)定的值，因此在諧波含量比較大時(shí)，應(yīng)以測(cè)得的IRIP值為準(zhǔn)。

5、在帶電測(cè)試時(shí)，對(duì)發(fā)現(xiàn)異常的MOA，在排除各種因素的干擾后，仍存在問(wèn)題，建議停電作直流試驗(yàn)，測(cè)取1mA直流參考電壓及75%直流參考電壓下的泄漏電流，以確診MOA是否質(zhì)量合格。確認(rèn)MOA存在質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)妥善處理。

參考文獻(xiàn)：

篇4

關(guān)鍵詞: 薄膜晶體管;氧化銦鎵鋅;氧化物;器件結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào):TN383.+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

The Recent Research Progress of Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide Thin Film Transistors

LIU Xiang1, XUE Jian-she1, JIA Yong1, ZHOU Wei-feng1, XIAO Jing 2, CAO Zhan-feng1,

(1. TFT-LCD Device & Material Technology Research Center, BOE Technology Group Co.,Ltd., Technology Research Institute, Beijing 100176, China;

2. Physics and Electronic Engineering College, Taishan University, Taian Shandong 271021, China)

Abstract: Recently, amorphous indium gallium zinc oxide thin film transistors (a-InGaZnO TFT) have attracted considerable attention for their outstanding merits, such as high mobility, good stability and simple fabrication process. This article reviews the device structure, advantages and disadvantages of a-IGZO TFT. We also summarize the impact a-IGZO TFT performance factors. In addition, the new methods of developing high performance and stability a-IGZO TFT are proposed.

Keywords: thin film transistor; IGZO; oxide; device structure

引 言

近年來(lái)隨著液晶顯示器尺寸的不斷增大,驅(qū)動(dòng)電路的頻率不斷提高,現(xiàn)有的非晶硅薄膜晶體管遷移率很難滿(mǎn)足需求,非晶硅薄晶體管的遷移率一般在0.5左右,液晶顯示器尺寸超過(guò)80in,驅(qū)動(dòng)頻率為120Hz時(shí)需要1cm2/V?s以上的遷移率,現(xiàn)在非晶硅的遷移率顯然很難滿(mǎn)足。高遷移率的薄膜晶體管有多晶硅薄膜晶體管和金屬氧化物薄膜晶體管,其性能的比較如表1所示,盡管對(duì)多晶硅薄膜晶體管研究比較早,但是多晶硅薄膜晶體管的均一性差,制作工藝復(fù)雜[1-3];金屬氧化物IGZO TFT遷移率高、均一性好、透明、制作工藝簡(jiǎn)單,可以更好地滿(mǎn)足大尺寸液晶顯示器和有源有機(jī)電致發(fā)光的需求,備受人們的關(guān)注,成為最近幾年的研究熱點(diǎn)[4-11]。

1 非晶金屬氧化物IGZO

非晶金屬氧化物IGZO由In2O3、Ga2O3和ZnO構(gòu)成,禁帶寬度在3.5eV左右,是一種N型半導(dǎo)體材料。In2O3中的In3+可以形成5S電子軌道,有利于載流子的高速傳輸,電子的遷移率在35cm2/V?s;Ga2O3有很強(qiáng)的離子鍵,可以抑制O空位的產(chǎn)生;ZnO中的Zn2+可以形成穩(wěn)定四面體結(jié)構(gòu),可以使金屬氧化物IGZO形成穩(wěn)定的非晶結(jié)構(gòu)。因此,金屬氧化物IGZO適用于制作高遷移率薄膜晶體管。

1.1 光照的穩(wěn)定性

非晶金屬氧化物IGZO在可見(jiàn)光照射下具有很好的穩(wěn)定性。2008年SID密歇根州大學(xué)報(bào)道了非晶金屬氧化物IGZO光照的穩(wěn)定性[12],非晶金屬氧化物IGZO在420nm以上波長(zhǎng)照射時(shí),非晶金屬氧化物IGZO TFT的I-V曲線(xiàn)非常穩(wěn)定,在低于420nm以下的紫外光照射時(shí),非晶金屬氧化物IGZO的I-V曲線(xiàn)開(kāi)始大幅度漂移,很不穩(wěn)定。因?yàn)樽贤夤獾哪芰扛哂诜蔷Ы饘傺趸颕GZO的禁帶寬度,致使非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管的I-V曲線(xiàn)發(fā)生漂移。2010年LG在SID上發(fā)表了非晶金屬氧化物IGZO光照穩(wěn)定性的研究[13],其結(jié)果表明非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管在4,500nit光照下I-V曲線(xiàn)和沒(méi)有光照的I-V曲線(xiàn)幾乎是一樣的,非晶金屬氧化物IGZO的透光率非常好,在90%以上。

1.2 彎曲性能

非晶金屬氧化物IGZO TFT具有很好的彎曲性能,可以用來(lái)制作柔性顯示, 同時(shí)還具有良好的電學(xué)性能和穩(wěn)定性,在未來(lái)的柔性顯示市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2010年臺(tái)灣國(guó)立交通大學(xué)在SID發(fā)表了最新的彎曲性能研究成果[14],成果表明,曲率半徑在40mm以下時(shí),非晶金屬氧化物IGZO的電學(xué)特性如Ion、Ioff以及Igs幾乎不發(fā)生改變,展現(xiàn)出良好的彎曲性能,可以用來(lái)制作柔性顯示。

1.3 穩(wěn)定性

非晶金屬氧化物IGZO TFT在空氣中不穩(wěn)定,對(duì)氧氣和水蒸氣很敏感。三星技術(shù)研究所在2010年透明金屬氧化會(huì)議上公布了使用非晶金屬氧化物IGZO作薄膜晶體管的研究成果[15],非晶金屬氧化物IGZO TFT制作的顯示面板分別在干燥空氣、潮濕空氣和氮?dú)庵羞M(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在干燥空氣環(huán)境中非晶金屬氧化物IGZO面板性能有所下降,在潮濕空氣環(huán)境中非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質(zhì)量嚴(yán)重惡化,在氮?dú)猸h(huán)境中非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質(zhì)量幾乎沒(méi)有改變。

在干燥空氣和潮濕空氣環(huán)境中,非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質(zhì)量下降的原因是氧氣和水蒸氣透過(guò)非晶金屬氧化物IGZO上面的保護(hù)層,使非晶金屬氧化物IGZO性能惡化,因此非晶金屬氧化物IGZO TFT需要高質(zhì)量的非晶金屬氧化物IGZO保護(hù)膜。

1.4 制作工藝

非晶金屬氧化物IGZO薄膜可以通過(guò)濺射的方式沉積,這種方式工藝穩(wěn)定性好,同時(shí)也可以與目前制作液晶顯示用的濺射設(shè)備形成很好的匹配。

2009年夏普公司在IDW會(huì)議上公布了通過(guò)濺射工藝制作非晶金屬氧化物IGZO薄膜的研究成果[16],研究成果表明,通過(guò)濺射方法沉積非晶金屬氧化物IGZO薄膜在50μm時(shí),非晶金屬氧化物IGZO薄膜內(nèi)的In、Ga、Zn原子成分的百分比幾乎不變;對(duì)連續(xù)沉積1μm和50μm后的非晶金屬氧化物IGZO薄膜的TFT進(jìn)行電學(xué)特性測(cè)試,I-V曲線(xiàn)重合在一起,上述結(jié)果表明非晶金屬氧化物IGZO薄膜非常適合使用濺射工藝制作。

一般采用濕法刻蝕方法形成非晶金屬氧化物IGZO圖案,使用的刻蝕液可以是H2SO4、H3PO4或者H2O2,都可以滿(mǎn)足濕法工藝的需求[17],根據(jù)所采用的制作非晶金屬氧化物IGZO 薄膜結(jié)構(gòu)及源漏金屬電極材料,可以選擇不同的刻蝕液。

2 金屬氧化物IGZO TFT結(jié)構(gòu)

目前金屬氧化物IGZO TFT的結(jié)構(gòu)主要有刻蝕阻擋型(etch stop type)、背溝道刻蝕型(back channel etch type)和共面型(coplanar type)三種類(lèi)型,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

刻蝕阻擋型金屬氧化物IGZO TFT制作工藝簡(jiǎn)單,金屬氧化物IGZO上的刻蝕阻擋層,可以在形成源漏金屬電極時(shí)保護(hù)金屬氧化物IGZO層不被破壞,從而提高金屬氧化物IGZO TFT的性能,但是需要一次額外的光刻工藝形成刻蝕阻擋層,增加了金屬氧化物IGZO TFT的制作工藝流程。制作刻蝕阻擋層的材料一般是SiNx或者SiOx。2010年索尼公司公布了一款采用刻蝕阻擋型制作的11.7in高清晰有源發(fā)光二極管顯示器[18],表現(xiàn)出良好的顯示性能。

背溝道刻蝕型薄膜晶體管是目前液晶顯示器中采用的主流結(jié)構(gòu)[19],制作背溝道刻蝕型金屬氧化物IGZO TFT工藝流程比較簡(jiǎn)單,比刻蝕阻擋型少一次光刻,可以減少設(shè)備的投資,提高生產(chǎn)效率,與現(xiàn)在制作非晶硅薄膜晶體管的設(shè)備匹配性好,易轉(zhuǎn)型,可減少設(shè)備投資。由于金屬氧化物IGZO層沒(méi)有保護(hù)層,在形成源漏金屬層時(shí)很容易對(duì)金屬氧化物IGZO層造成破壞,從而損害了金屬氧化物IGZO TFT的性能,因此一般生產(chǎn)廠(chǎng)商不直接采用此種結(jié)構(gòu),但可以通過(guò)改變?cè)绰┙饘賹映练e和刻蝕工藝來(lái)改善上述缺陷。2009年,Semiconductor Energy Laboratory 公司在SID公布了一款4in使用背溝道刻蝕型制作金屬氧化物IGZO TFT的有源發(fā)光二極管顯示器[20],展現(xiàn)出良好的顯示性能。

共面型金屬氧化物IGZO TFT由于金屬氧化物IGZO層在源漏金屬電極的上面,從根本上避免了在形成源漏金屬電極工藝中對(duì)金屬氧化物IGZO層的破壞,與刻蝕阻擋型制作金屬氧化物IGZO TFT相比還少了一次光刻工藝,因此可以減少設(shè)備的投入,并且此種制作金屬氧化物IGZO TFT的方式與目前主流制作非晶硅薄膜晶體管的設(shè)備匹配性好。2010年友達(dá)公司在SID會(huì)議上公布了采用此種方式在6代液晶生產(chǎn)線(xiàn)上制作的32in大尺寸液晶顯示器[21],表現(xiàn)出良好的顯示性能。

3 改善非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能方法

非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管的性能直接影響著顯示畫(huà)面的品質(zhì),尤其是有源發(fā)光二極管顯示對(duì)非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管性能的要求更加嚴(yán)格,因此,如何制作高性能的非晶金屬氧化物IGZO薄膜晶體成為最近的研究熱點(diǎn)。

改善非晶金屬氧化物IGZO TFT性能的方法主要有:選擇TFT結(jié)構(gòu)、改善柵極絕緣層與非晶金屬氧化物IGZO形成的界面、改善非晶金屬氧化物IGZO沉積條件、改善非晶金屬氧化物IGZO保護(hù)層成膜質(zhì)量以及后退火溫度和存放環(huán)境。

采用頂柵極結(jié)構(gòu)可以制作高遷移率非晶金屬氧化物IGZO TFT,但是制作工藝復(fù)雜;采用底柵極結(jié)構(gòu)制作非晶金屬氧化物IGZO TFT與現(xiàn)有制作非晶硅薄膜晶體管工藝匹配性好,但是在背溝道刻蝕工藝中會(huì)對(duì)非晶金屬氧化物IGZO造成破壞,從而影響非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能。

柵極絕緣層成膜的好壞直接影響著非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能。一般來(lái)說(shuō)柵極絕緣層表面粗糙度越低,表面的缺陷態(tài)越少,成膜質(zhì)量越高,在其上形成非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能越好。

非晶金屬氧化物IGZO上面保護(hù)層成膜的質(zhì)量直接影響著非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能。保護(hù)層可以是成膜質(zhì)量好的SiNx[22]、SiOx[23]以及Al2O3[24]等,可以有效阻擋外界氧氣和水分子對(duì)非晶金屬氧化物IGZO的損壞,從而提高非晶金屬氧化物IGZO晶體管性能。為了改善非晶金屬氧化物IGZO晶體管的性能,可以在非晶金屬氧化物IGZO和保護(hù)層形成的界面處使用等離子體處理。

在使用濺射的方法形成非晶金屬氧化物IGZO層時(shí)的工藝條件對(duì)非晶金屬氧化物IGZO TFT性能影響很大,如非晶金屬氧化物IGZO厚度以及在沉積過(guò)程中通入氧氣流量的大小。因此要想制造出高性能的非晶金屬氧化物IGZO TFT,就要優(yōu)化好非晶金屬氧化物IGZO的沉積條件。

4 結(jié) 論

在過(guò)去幾年內(nèi),人們通過(guò)不斷改善非晶金屬氧化物IGZO TFT的結(jié)構(gòu)、非晶金屬氧化物IGZO沉積的條件、柵極絕緣層與非晶金屬氧化物IGZO界面以及保護(hù)層成膜質(zhì)量和退火的條件,不斷提升了非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能和可靠性,隨著2010年臺(tái)灣友達(dá)公司成功地在六代液晶顯示器生產(chǎn)線(xiàn)上制作出32in金屬氧化物IGZO TFT的液晶顯示器,并表現(xiàn)出優(yōu)良的顯示性能,如非晶金屬氧化物IGZO晶體管的遷移率達(dá)到5.16cm2/V?s,開(kāi)關(guān)比為1.8×108,閾值電壓為0.5V,亞閾值擺幅僅為0.38V/dec,其性能很好地超越了非晶硅薄膜晶體管,為以后進(jìn)行大尺寸顯示器的生產(chǎn)指明了方向。

相信隨著對(duì)非晶金屬氧化物IGZO薄膜晶體管的不斷深入研究,非晶金屬氧化物IGZO TFT將給大尺寸液晶顯示、有源有機(jī)電致發(fā)光顯示、柔性顯示、電子紙等顯示方式帶來(lái)革命性的進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] T. Sameshima, S. Usui, M. Sekiya. XeCl Excimer laser annealing used in the fabrication of poly-Si TFT's[J]. IEEE Electron Device Lett, 7, 276(1986).

[2] Dong Han Kang, Jae Hwan Oh, Mi Kyung Park, et al. Active-matrix Organic Light Emitting Diode using Inverse Staggered Poly-Si TFT with a Center-offset Gated Structure[J]. SID Symposium Digest, 92-95(2009).

[3] Toshihiro Kugimiya, Yoichiro Yoneda, Eisuke Kusumoto, et al. Single Layer Al-Ni-La-Si Interconnections for Source and Drain of LTPS TFT LCDs Using Direct Contacts with both ITO and poly-Si[J]. IDW Symposium Digest, 329-332(2008).

[4] Hai Q. Chiang, Brian R. McFarlane, David Hong, et al. Processing effects on the stability of amorphous indium gallium zinc oxide thin-film transistors[J]. J. Non-Cryst, Solid 352 851-854(2006).

[5] Hideo Hosono. Ionic amorphous oxide semiconductors: Material design, carrier transport, and device application[J]. J. Non-Cryst, Solids 352, 851(2006).

[6] Jun-Hyun Park, Kichan Jeon, Sangwon Lee A, et al. Extraction of Density of States in Amorphous GaInZnO Thin-Film Transistors by Combining an Optical Charge Pumping andCapacitance-Voltage Characteristics[J]. IEEE, 1292-1295(2007).

[7] K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, et al. Room-temperature Fabrication of Transparent Flexible Thin-film- transistors Using Amorphous Oxide Semiconductors[J]. Nature 432, 488-492(2004).

[8] K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, et al. Thin-Film Transistor Fabricated in Single-Crystalline Transparent Oxide Semiconductor[J]. SCIENCE 300 1269-1272(2003).

[9] Byoung-Seong Jeong, Chang-Mo Park, Mu-Gyeom Kim, et al. Effect of Passivation Layer Properties on the Performance of Oxide TFTs[J]. IMID Symposium Digest, 1040-1043(2009).

[10] Keun Woo Lee, Hyun Soo Shin, Kon Yi Heo, et al. Light Effects of amorphous indium gallium zinc oxide thin-film transistor[J]. IMID Symposium Digest, 531-534(2009).

[11] J. K. Jeong, J. H. Jeong, J. H. Choi, et al. 12.1-In. WXGA AMOLED Display Driven by Indium-Gallium- Zinc Oxide TFTs Array[J]. SID Symposium Digest, 39, 1 -4(2008).

[12] Chiao-Shun Chuang, Tze-Ching Fung, Barry G. Mullins, et al. Photosensitivity of Amorphous IGZO TFTs for Active-Matrix Flat-Panel Displays[J]. SID Symposium Digest, 1215-1218(2008).

[13] Hyun-Sik Seo, Jong-Uk Bae, Dae-Won Kim, et al. Development of Highly Stable a-IGZO TFT with TiOx as a Passivation Layer for Active-Matrix Display[J]. SID Symposium Digest, 1132-1135(2010).

[14] Chih-Wei Chien, Hsing-Hung Hsieh, Cheng-Han Wu, et al. High-Performance and Highly Rollable a-IGZO TFTs Adopting Composite Electrodes and Transparent Polyimide Substrates[J]. SID Symposium Digest, 921- 924(2010).

[15] Woo-Geun Lee, Kap-Soo Youn, Kyung-Jae Chung, et al. Photosensitivity of Amorphous Investigation on the long term stability of LCD panel with GIZO oxide TFTs[J]. FTJ2010, MKRYU(2010).

[16] Yoshifumi Ohta, Yoshimasa Chikama, Takeshi Hara, et al. Amorphous In-Ga-Zn-O TFT-LCDs with high reliability[J]. IDW Symposium Digest, 1685-1688(2009).

[17] Jong Hyun Seoa, Sang-Hyuk Leea, Bo-Hyun Seoa, et al. Photosensitivity of Amorphous IGZO TFTs for Active -Matrix Flat-Panel Displays[J]. SID Symposium Digest, 1439-1431(2008).

[18] Chiao-Shun Chuang, Tze-Ching Fung, Barry G. Mullins, et al. Wet Etching of Gallium Indium Zinc Oxide (GIZO) Semiconductor for Thin Film Transistor Application[J]. SID Symposium Digest, 1215-1218(2008).

[19] Toshiaki Arai, Narihiro Morosawa, Kazuhiko Tokunaga, et al. Highly Reliable Oxide-Semiconductor TFT for AM -OLED Display[J]. SID Symposium Digest, 1033-1036(2010).

[20] Hiroki Ohara, Toshinari Sasaki, Kousei Noda, et al. 4.0 in. QVGA AMOLED Display using In-Ga-Zn-Oxide TFTs with a Novel Passivation Layer[J]. SID Symposium Digest, 284-287(2009).

[21] Hsiung-Hsing Lu, Hung-Che Ting, Tsung-Hsiang Shih, et al. 32-inch LCD Panel Using Amorphous Indium -Gallium-Zinc-Oxide TFTs[J]. SID Symposium Digest, 1136-11388(2010).

[22] Chih-Wei Chien, Hsing-Hung Hsieh, Cheng-Han Wu, et al. High-Performance and Highly Rollable a-IGZO TFTs Adopting Composite Electrodes and Transparent Polyimide Substrates[J]. SID Symposium Digest, 921- 924(2010).

[23] Hsing-Hung Hsieh, Tsung-Ting Tsai, Chin-Yu Chang, et al. A 2.4-in. AMOLED with IGZO TFTs and Inverted OLED Devices[J]. SID Symposium Digest, 140-143(2010).

篇5

關(guān)鍵詞：氧化物冶金 非金屬夾雜物 晶內(nèi)鐵素體

中圖分類(lèi)號(hào)：TF 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2013）06-0258-01

進(jìn)入21 世紀(jì)后，鋼鐵材料因高的強(qiáng)度與良好的低溫沖擊韌性而在機(jī)械工程制造業(yè)中占據(jù)著重要地位。機(jī)械工程結(jié)構(gòu)向巨型化、高參量方向發(fā)展， 如超大型船舶與海洋平臺(tái)、大跨度橋梁、長(zhǎng)距離石油和天然氣輸送管線(xiàn)等。這些大型機(jī)械工程結(jié)構(gòu)對(duì)鋼鐵材料的性能提出了越來(lái)越高的要求， 要求在不增加或盡量減少合金元素含量的前提下， 使鋼鐵材料的強(qiáng)度與韌性成倍提高[1]。許多研究成果表明， 細(xì)化晶粒是實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料強(qiáng)度與韌性成倍提高的最有效方法。氧化物冶金是近年來(lái)用于細(xì)化鋼鐵材料晶粒， 提高強(qiáng)度與韌性的新方法、新技術(shù)， 已成功地用于非調(diào)質(zhì)鋼、微合金低碳鋼、天然氣輸送管線(xiàn)鋼的開(kāi)發(fā)， 日本的“ 新世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料開(kāi)發(fā)計(jì)劃”就包含氧化物冶金的內(nèi)容川。本文介紹了氧化物冶金技術(shù)及其應(yīng)用的新進(jìn)展。

1 氧化物冶金的基本思路

人們研究焊縫金屬的顯微組織與強(qiáng)度、韌性之間的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊縫金屬奧氏體晶內(nèi)的非金屬夾雜物周?chē)兴漆槧畹蔫F素體顯微組織時(shí)， 焊縫金屬不僅具有高的強(qiáng)度， 而且具有良好的低溫沖擊韌性。這些似針狀的鐵素體顯微組織被稱(chēng)為針狀鐵素體（Acicular Ferrite ， 簡(jiǎn)稱(chēng)A F ） 。針狀鐵素體是在奧氏體晶內(nèi)形成的， 又稱(chēng)為晶內(nèi)鐵素體（Intragranular Ferrite ， 簡(jiǎn)稱(chēng)IG F ）。簡(jiǎn)稱(chēng)IG F ）。晶內(nèi)鐵素體總是在非金屬夾雜物上形核， 而這些非金屬夾雜物主要為T(mén)i、AI 的氧化物與Mn 的硫化物形成的氧、硫復(fù)合物仁5 一1。根據(jù)非金屬夾雜物誘導(dǎo)內(nèi)鐵素體形核， 細(xì)化晶粒， 提高強(qiáng)度和韌性的客觀事實(shí)。日本新日鐵公司的高村等： 提出了控制鋼中氧化物的組成， 使之細(xì)小、彌散化， 誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核， 提高鋼的強(qiáng)度與韌性， 并將這一新技術(shù)稱(chēng)為氧化物冶金（Oxides Metallurgy）。基本思路可概括為： （1） 若能在原奧氏體晶內(nèi)形核， 產(chǎn)生大量的晶內(nèi)鐵素體， 即使奧氏體晶粒粗大，也可獲得晶粒細(xì)小的顯微組織。晶內(nèi)鐵素體具有自身細(xì)化的能力， 能抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。（2） 無(wú)論多潔凈的鋼， 其均有許多非金屬夾雜物。在適當(dāng)?shù)臈l件下，一些非金屬夾雜物可誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核， 細(xì)化鋼的晶粒。

2 氧化物冶金型鋼的顯微組織特征

氧化物冶金型鋼的顯微組織主要由非金屬夾雜物與晶內(nèi)鐵素體組成， 這時(shí)的非金屬夾雜物為有益非金屬夾雜物， 是鋼中相的重要組成部分。它們共同起到細(xì)化晶粒提高鋼強(qiáng)度與韌性的作用。

1 晶內(nèi)鐵素體的顯微組織特征晶內(nèi)鐵素體的相轉(zhuǎn)變溫度為680～480℃ ，屬于中溫轉(zhuǎn)變。晶內(nèi)鐵素體均在奧氏體晶內(nèi)的非金屬夾雜物上形核、長(zhǎng)大，每個(gè)非金屬夾雜物上往往有多個(gè)晶內(nèi)鐵素體板條， 呈放射性狀[2]。 國(guó)家自然科學(xué)基金（50334050） 和上海寶山集團(tuán)公司聯(lián)合資助重點(diǎn)項(xiàng)目氧化物冶金技術(shù)及其應(yīng)用晶內(nèi)鐵素體板條的平均尺寸為0.1μm～3.0μm。碳化物板條之間相互連鎖， 分布在原奧氏體晶內(nèi)。一方面晶內(nèi)鐵素體能使鋼的晶粒細(xì)小化，另一方面晶內(nèi)鐵素體板條之間為大角度晶界， 板條內(nèi)的微裂紋解理跨越晶內(nèi)鐵素體時(shí)要發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 擴(kuò)展需消耗很高的能量。因此， 氧化物冶金型鋼表現(xiàn)出高的強(qiáng)度和韌性。晶內(nèi)鐵素體能自身細(xì)化。一定條件下， 由非金屬夾雜物誘導(dǎo)生成的晶內(nèi)鐵素體晶界上可以生長(zhǎng)出新的晶內(nèi)鐵素體， 這使得鋼的晶粒更加細(xì)化， 有很強(qiáng)的自身細(xì)化晶粒的能力。由非金屬夾雜物誘導(dǎo)形核形成的晶內(nèi)鐵素體稱(chēng)為一次晶內(nèi)鐵素體， 在一次晶內(nèi)鐵素體晶界上形成的晶內(nèi)鐵素體稱(chēng)為二次晶內(nèi)鐵素體。二次晶內(nèi)鐵素體的形核稱(chēng)為感生形核，由此形成的晶內(nèi)鐵素體又稱(chēng)為感生晶內(nèi)鐵素體。利用晶內(nèi)鐵素體感生形核具有自身細(xì)化晶粒的特點(diǎn)， 可有效地解決焊接熱影響區(qū)韌性下降的問(wèn)題。盡管許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)了晶內(nèi)鐵素體感生形核現(xiàn)象仁川， 但對(duì)有關(guān)晶內(nèi)鐵素體的感生形核規(guī)律、感生形核條件和影響晶內(nèi)鐵素體感生形核的因素了解較少， 積累的數(shù)據(jù)也不多。

2 氧化物冶金型鋼中非金屬夾雜物的作用與性質(zhì)

非金屬夾雜物是氧化物冶金型鋼顯微組織的重要組成部分， 這時(shí)的非金屬夾雜物是有益相， 它們有以下幾方面的作用。在鋼液中作為非自發(fā)形核核心，細(xì)化奧氏體晶粒，沉淀于奧氏體晶界， 阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大； 固溶于奧氏體晶內(nèi)， 影響奧氏體向鐵素體的固相轉(zhuǎn)變， 誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大； 在焊接過(guò)程中， 促進(jìn)焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶內(nèi)鐵素體形核與感生形核。現(xiàn)對(duì)于誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核非金屬夾雜物的性質(zhì)進(jìn)行了許多研究。研究了焊縫金屬中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核非金屬夾雜物的性質(zhì)。電子探針?lè)治龅慕Y(jié)果表明， 誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的非金屬夾雜物為Al、Ti、Mn的氧、硫復(fù)合物， 如如TIO·A12O3·MnS。并認(rèn)為非金屬夾雜物表面的MnS在晶內(nèi)鐵素體形核過(guò)程中起主導(dǎo)作用。研究了微Ti 脫氧低碳鋼中非金屬夾雜物的性質(zhì)，認(rèn)為T(mén)iZO3、TIN和Ti：O3。· TIN復(fù)合物在晶內(nèi)鐵素體形核中起主導(dǎo)作用， 并認(rèn)為T(mén)iZO3、TIN與鐵素體的錯(cuò)配度較小， 有利于晶內(nèi)鐵素體在非金屬夾雜物上形核。A ndres等[3]燙二研究了微v合金氧化物冶金型中碳鋼的非金屬夾雜物， 認(rèn)為MnS、vN和MnS·VN復(fù)合物在晶內(nèi)鐵素體形核中起主導(dǎo)作用。由于誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大的非金屬夾雜物往往是A12O3、TiZO3、MnS、TIN形成的氧、硫復(fù)合物或氧、氮復(fù)合物。這些復(fù)合物的中心為高熔點(diǎn)的TIO、TiZO3等，非金屬夾雜物的表層一般為低熔點(diǎn)的MnS、TIN等。在復(fù)合非金屬夾雜物中， 究竟是復(fù)合非金屬夾雜物整體共同作用誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體的形核， 還是表層非金屬夾雜物MnS、TIN在誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體的形核過(guò)程中起決定性作用， 在此方面爭(zhēng)議較大， 還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，我對(duì)這種技術(shù)的運(yùn)用簡(jiǎn)單的談了一下我的看法，希望能為今后教師的教學(xué)做一些貢獻(xiàn)。這也是對(duì)我學(xué)習(xí)這門(mén)課程的總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王超，朱立光.氧化物冶金技術(shù)及應(yīng)用[J]. 河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2011（02）.

篇6

【關(guān)鍵詞】聚金屬氧酸鹽 乙酸正丁酯 催化反應(yīng) 性能研究

乙酸正丁酯作為重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)商主要用硫酸催化乙酸和丁醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，但由于脫水氧化作用，對(duì)于酯化反應(yīng)容易出現(xiàn)其他不飽和化合物；同時(shí)，工藝技術(shù)復(fù)雜，還需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行堿洗、水洗，造成對(duì)環(huán)境的污染較大。聚金屬氧酸鹽具有良好的催化作用，其選擇性好、活性高在催化領(lǐng)域應(yīng)用較廣。本文將以雜多酸為催化劑，來(lái)探討其在乙酸正丁酯酯化反應(yīng)中的催化性能。

一、聚金屬氧酸鹽的催化作用

聚金屬氧酸鹽具有良好的催化性能，主要表現(xiàn)在聚金屬氧酸鹽的結(jié)構(gòu)和組成，如Keggin、Waugh、Dawson等，能夠形成比較固定的金屬離子骨架；同時(shí)，聚金屬氧酸鹽具有酸性和氧化還原性，能夠順應(yīng)配位原子、中心原子、抗衡陽(yáng)離子的不同而改變；還有其“準(zhǔn)液相”性質(zhì)，能夠與某些極性分子如氨、醇、水、吡啶等進(jìn)行相位組合，從而形成一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的濃溶液；最后是良好的熱穩(wěn)定性和可溶性，能夠滿(mǎn)足均相、多相催化要求。針對(duì)聚金屬氧酸鹽的酸性催化，與其自身的球形雜多化合物分子的表面低電荷密度有關(guān)，如在H3PW12O40+CS2CO3H3-xCSxPW12O40反應(yīng)中，質(zhì)子的活性較大，具有很強(qiáng)的酸性。聚金屬氧酸鹽在作為催化劑應(yīng)用中，具有較強(qiáng)的選擇性，如與正丁烯、丙烯、正丁醇等低碳烯烴水合反應(yīng)，還可以如醇酸發(fā)生酯化反應(yīng)，如丙酸與丁醇的反應(yīng)；與烷基化、酰基化等發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，如丁烯、丙烯、異丁烯烷基化反應(yīng)；還可以與高分子如四氫呋喃聚合反應(yīng)；與醚發(fā)生裂解反應(yīng)，如C3-C7的羧酸反應(yīng)分解為CO和鏈烯烴等。

聚金屬氧酸鹽在氧化還原性上具有較強(qiáng)的氧化性，其陰離子表現(xiàn)為多電子體，能夠獲得多個(gè)電子而不發(fā)生分解。如在均相反應(yīng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，聚金屬氧酸鹽的氧化還原性具有以下規(guī)律，當(dāng)中心原子確定后，其氧化性順序?yàn)閂>Mo≥W；當(dāng)處于配位原子時(shí)，其氧化性順序?yàn)镻>As>Si>B；當(dāng)與鉬形成聚金屬氧酸鹽時(shí)，Dawson結(jié)構(gòu)的氧化性能要強(qiáng)于Keggin結(jié)構(gòu)。聚金屬氧酸鹽在多相反應(yīng)中較為復(fù)雜，不僅與化合物的組成有關(guān)，還與抗衡陽(yáng)離子的數(shù)量、種類(lèi)有關(guān)。我們可以從H2或有機(jī)還原劑中來(lái)進(jìn)行估算其還原性。同時(shí)，還可以利用循環(huán)伏安法、紅外光譜、極譜等手段來(lái)了解。

二、以實(shí)驗(yàn)為例來(lái)探討其催化性能

（一）磷鎢雜多稀土鹽的合成

雜多酸作為多功能催化劑，與稀土元素結(jié)合具有更好的催化性能，稀土處于雜多陰離子的外界，能夠形成雜多酸鹽的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)磷鎢雜多酸鹽的合成，主要用到磷鎢酸、氧化鑭、氧化銣、硝酸鈰，以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器。對(duì)于稀土鹽多為氯化物，如CeCl3，主要有Ce（No3）3與Na2CO3反應(yīng)制取，并以10%HCL發(fā)生反應(yīng)生成；對(duì)于LaCL3，NdCL3主要有La2O3與10%HCL發(fā)生反應(yīng)生成，Nd2O3與10%HCL發(fā)生反應(yīng)制取。稱(chēng)量4.883g磷鎢酸溶解于10ml水中，并加入1ml10%的HCl；同樣，秤取氯化鈰1.5mmol，溶解于1ml10%的HCl，攪拌狀態(tài)下將氯化鈰滴入磷鎢酸溶液以生成沉淀。冷卻半小時(shí)后對(duì)沉淀進(jìn)行抽濾并烘干（70℃），標(biāo)記為磷鎢酸雜多稀土鹽。

（二）磷鎢雜多稀土鹽的催化性能

雜多酸最顯著的優(yōu)勢(shì)是其酸性和酯化反應(yīng)中良好的催化性能。以乙酸正丁酯酯化反應(yīng)為例，我們來(lái)探討其催化性能。本實(shí)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)原理為：

從實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)看，利用加熱回流裝置對(duì)摻入一定比例的催化劑、乙酸、正丁醇和苯依此加入三頸燒瓶，控制油浴溫度；冷卻后傾出酯層，并用濃NaOH進(jìn)行滴定，計(jì)算乙酸轉(zhuǎn)化率。從乙酸丁酯的反應(yīng)模型進(jìn)行分析，對(duì)于相同條件下的催化劑用量，以反應(yīng)物總重量的4%為準(zhǔn)，酸醇摩爾比為1：1.2，反應(yīng)溫度控制在110，不同催化劑對(duì)乙酸的轉(zhuǎn)化率影響：稀土磷鎢酸的催化效果較好，主要與磷鎢酸的酸位濃度有關(guān)，如果以純磷鎢酸為催化劑，由于酸位濃度過(guò)大，導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，影響乙酸的轉(zhuǎn)化率；因此，在稀土構(gòu)成的催化劑中，對(duì)于不同稀土量的雜多化合物，其對(duì)乙酸的影響也不同。本實(shí)驗(yàn)中用到的催化劑為稀土磷鎢酸鹽，因摻入量的不同，對(duì)于催化效果也不一樣。總的來(lái)看，摻入量少時(shí)反應(yīng)速率慢，乙酸轉(zhuǎn)化率低；但對(duì)于添加量過(guò)多，對(duì)催化劑的活性也會(huì)降低。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著多種雜多化合物的合成，從改變雜多化合物的酸堿性、氧化還原性及熱穩(wěn)定性等方面也取得了較大進(jìn)展，逐步形成了多酸化學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)。本文所探討的磷鎢雜多稀土鹽的合成，就是聚金屬氧酸鹽類(lèi)的一種，利用稀土鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)催化作用，從化學(xué)制備上通過(guò)多種分析手段來(lái)考察各稀土摻入量所形成的聚金屬氧酸鹽，以探討其在酯化反應(yīng)中的催化性能。本實(shí)驗(yàn)以乙酸和正丁醇為例，借助于稀土磷鎢酸鹽的催化作用來(lái)探討乙酸的轉(zhuǎn)化率，并從不同稀土摻入量對(duì)乙酸轉(zhuǎn)化率的影響上來(lái)探討其催化性能。其中以磷鎢酸1：1制備的聚金屬氧酸鹽的催化性能最好。另外，對(duì)于酸醇摩爾比的研究，我們從反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度控制上，均具有提升轉(zhuǎn)化率的作用；但當(dāng)酸醇比大于1：1.2 ，反應(yīng)時(shí)間超過(guò)2h，對(duì)于乙酸轉(zhuǎn)化率來(lái)說(shuō)趨于穩(wěn)定。所以建議選擇酸醇比為1：1.2，反應(yīng)時(shí)間控制在2h即可。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆剛.多酸基有機(jī)―無(wú)機(jī)雜化化合物合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究[D]. 東北師范大學(xué)，2013.

[2]高鑫.Dawson型磷鎢酸鹽及其無(wú)機(jī)―有機(jī)雜化物的制備和表征[D].中南大學(xué)，2014.

[3]楊明.基于Keggin與Dawson型多金屬氧酸鹽有機(jī)―無(wú)機(jī)雜多化合物的研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué)，2012.

篇7

關(guān)鍵詞：城市污水處理廠(chǎng)；污泥厭氧消化；研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0001-01

1 污泥厭氧消化處理技術(shù)的影響因素

首先，溫度的影響。污泥厭氧消化通常選擇中溫厭氧消化（33～37℃）和高溫厭氧消化（50～55℃）。有研究者模擬研究由于加熱失敗導(dǎo)致溫度由55℃突降到20℃，在20℃持續(xù)1h、5h、12h、24h對(duì)高溫厭氧消化處理城市生活污水的影響，結(jié)果顯示溫度突降后，產(chǎn)氣量基本為0，VFA累積以及pH降低。

其次，pH值。產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)代謝和繁殖對(duì)pH值的波動(dòng)十分敏感，即使在其生長(zhǎng)pH范圍內(nèi)的突然波動(dòng)也會(huì)引起細(xì)菌活力的明顯下降，其它菌種對(duì)pH值波動(dòng)的抵抗力稍好。不利pH條件下污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為脂肪酸等，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)酸的大量積，進(jìn)而產(chǎn)甲烷菌受到進(jìn)一步的抑制甚至完全失活。

再次，攪拌。攪拌可以使消化罐內(nèi)污泥濃度、pH值、微生物等保持均勻，避免消化罐內(nèi)部分物質(zhì)累積，表層污泥結(jié)殼等。

最后，毒性抑制物質(zhì)。許多物質(zhì)可以對(duì)污泥厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生毒性抑制作用，包括氨氮、重金屬、硫化物、有機(jī)酸等。有研究表明，對(duì)于高含固率污泥厭氧消化（反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為3～4%），氨氮濃度為1670～3720mg/L時(shí)，可以使產(chǎn)甲烷活性降低10%；當(dāng)氨氮濃度為4090～5550mg/L，產(chǎn)甲烷活性降低50%；當(dāng)氨氮濃度超過(guò)5880mg/L時(shí)，產(chǎn)甲烷過(guò)程被完全抑制。

2 污泥厭氧消化處理技術(shù)的速率問(wèn)題

污泥的厭氧消化可分為三個(gè)階段：水解發(fā)酵、酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，其中后兩個(gè)階段進(jìn)行的較快，而水解過(guò)程進(jìn)行十分緩慢，導(dǎo)致污泥厭氧消化較長(zhǎng)的停留時(shí)間（SRT）和較大的消化池占地面積。剩余污泥中的大多數(shù)有機(jī)質(zhì)存在于微生物細(xì)胞內(nèi)，微生物的細(xì)胞壁是一個(gè)穩(wěn)定的半剛性結(jié)構(gòu)，起著保護(hù)細(xì)胞的作用。只有打破細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)將胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)釋放出來(lái)，厭氧菌才能利用這些基質(zhì)進(jìn)行厭氧消化。因此當(dāng)污泥作為消化基質(zhì)投入?yún)捬醴磻?yīng)器時(shí)，水解過(guò)程必然成為整個(gè)污泥厭氧消化過(guò)程的限速步驟。

此外，污泥絮體是由有機(jī)纖維、菌膠團(tuán)、無(wú)機(jī)顆粒、絲狀菌和二價(jià)陽(yáng)離子等組成，并由胞外聚合物聯(lián)結(jié)在一起。胞外聚合物包裹在微生物菌體細(xì)胞外，厭氧消化過(guò)程中胞外聚合物的存在會(huì)在一定程度上降低厭消化液中的酶與微生物細(xì)胞接觸的幾率，阻礙細(xì)菌菌體破解的進(jìn)程，從而使厭氧消化速率減慢。

3 污泥厭氧消化處理技g的優(yōu)化方法

第一，熱預(yù)處理法。例如國(guó)外有研究者將污泥分兩步熱水解，首先在70℃條件下水解2天，然后調(diào)節(jié)預(yù)處理溫度在55℃條件下水解13天，結(jié)果有機(jī)懸浮固體去除率提高了12%，生化產(chǎn)甲烷潛力提高了48%，厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)率提高了115%，污泥中病原菌的滅火率也有所提高，同時(shí)熱預(yù)處理等過(guò)程中所需要的能量投入完全可以由熱預(yù)處理增加的甲烷產(chǎn)出量補(bǔ)給。

第二，超聲波預(yù)處理。例如有研究者通過(guò)低強(qiáng)度的超聲波處理來(lái)研究對(duì)污泥性質(zhì)的影響，主要研究聲能密度、處理時(shí)間和聲強(qiáng)對(duì)厭氧消化的影響情況，結(jié)果表明，低強(qiáng)度超聲波處理能強(qiáng)化污泥厭氧消化效果，促進(jìn)水解蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪的提高，有利于增強(qiáng)產(chǎn)沼氣效果。

第三，微波預(yù)處理。微波預(yù)處理主要是利用微波的加熱效應(yīng)，加熱污泥中的水和有機(jī)物等吸收微波能的物質(zhì)，從而達(dá)到破解污泥絮體和微生物細(xì)胞的作用，提高污泥的水解效率。國(guó)外研究者通過(guò)中試連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，考察了微波預(yù)處理對(duì)污泥厭氧消化的強(qiáng)化效果，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)80℃微波加熱，大量溶解性COD得到釋放，同時(shí)產(chǎn)甲烷量提升近50%。

第四，酶預(yù)處理。國(guó)外有研究者于35℃下向污泥中投加四種酶水解4h，結(jié)果顯示，投加脂肪酶和蛋白酶后，生物氣產(chǎn)量都有所增大，且這一表現(xiàn)與酶的形態(tài)無(wú)關(guān)。酶投加量為60mg/gTS時(shí)最佳，其污泥減量率比未加酶處理的空白對(duì)照高出60%，有利于固液分離，進(jìn)而提高液相的消化速率。

第五，堿預(yù)處理。常溫條件下向污泥中投加少量的堿就可明顯提高污泥的溶解程度，有研究者采用堿預(yù)處理調(diào)節(jié)污泥pH值到10，然后維持?jǐn)?shù)天后再進(jìn)行厭氧發(fā)酵，結(jié)果消化過(guò)程產(chǎn)氣量明顯增大，而且污泥停留時(shí)間也比對(duì)照組縮短。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著能源價(jià)格的不斷上漲和資源回收需求的不斷增加，加之高速厭氧反應(yīng)器的不斷發(fā)展，厭氧消化技術(shù)因其污泥減量化、無(wú)害化、資源化以及穩(wěn)定化的特點(diǎn)，已受到前所未有的關(guān)注和研究。

參考文獻(xiàn)

篇8

(一)根據(jù)純凈物的物理性質(zhì)不同.

如顏色、狀態(tài)、氣味，硬度、密度、溶解性等，對(duì)純凈物進(jìn)行分類(lèi).

(二)根據(jù)純凈物的化學(xué)性質(zhì)不同，如可燃性、氧化性，還原性等，對(duì)純凈物進(jìn)行分類(lèi).

(三)根據(jù)純凈物的組成、用途的不同，可將純凈物進(jìn)行分類(lèi).

二、常見(jiàn)物質(zhì)的分類(lèi)

（一）物質(zhì)可分為純凈物和混合物

1．純凈物：由一種物質(zhì)組成的物質(zhì).

2．混合物：由兩種或兩種以上的物質(zhì)混合而成.

3．純凈物和混合物判斷的依據(jù)：物質(zhì)是否由一種物質(zhì)組成.（絕對(duì)純凈的物質(zhì)是沒(méi)有的）

（二）純凈物根據(jù)元素組成不同，可分為單質(zhì)和化合物兩大類(lèi)

1．單質(zhì)：由一種元素組成的純凈物.如氧氣、氮?dú)狻㈣F、硫等.

注意：由同種元素組成的物質(zhì)，可能是單質(zhì)，也可能是混合物.

單質(zhì)按性質(zhì)不同分金屬和非金屬：

金屬如鐵、銅、鎂等；非金屬如氧氣、碳、硫等.

金屬非金屬

顏色具特殊的金屬光澤有多種顏色，但無(wú)金屬光澤

延展性具良好的延展性不具延展性

可鍛性具良好的可鍛性不具可鍛性

硬度比較硬硬度不一致

導(dǎo)電性良好的導(dǎo)電性除石墨外一般不導(dǎo)電

導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)熱性除石墨外一般不導(dǎo)熱

密度密度高密度低

熔點(diǎn)熔點(diǎn)高熔點(diǎn)低

注意：金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱順序?yàn)椋恒y>銅>鋁>鐵.

2．化合物：由兩種或兩種以上的元素組成的純凈物.如水、硫酸、燒堿、食鹽等.

化合物可分為：有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物.

2．1 有機(jī)化合物：含碳的化合物，簡(jiǎn)稱(chēng)有機(jī)物.

注意：a．有機(jī)化合物一定含有碳元素．但含有碳元素的化合物不一定是有機(jī)化合物，例如CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸鹽就屬于無(wú)機(jī)化合物.

b．最簡(jiǎn)單的有機(jī)物是甲烷（CH4）.

2．2 無(wú)機(jī)化合物：不含碳元素的化合物.但包括CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸鹽.

（三）無(wú)機(jī)化合物可分為：氧化物、酸、堿和鹽.

3．1 氧化物：由兩種元素組成．其中一種是氧元素的化合物，“二元一氧”.

氧化物可分為：氧化物按元素組成分金屬氧化物和非金屬氧化物：

金屬氧化物如CuO、Fe2O3、CaO、MgO等.非金屬氧化物如CO、CO2、H2O、SO2等.

3．2 酸：電離出的陽(yáng)離子全部是氫離子的化合物.

3．3 堿：電解質(zhì)電離出的陰離子全部是氫氧根離子的化合物.

3．4 鹽：由金屬（或銨根）陽(yáng)離子和酸根陰離子組成的化合物.

物質(zhì)按組成分類(lèi)的體系及分類(lèi)的依據(jù)：

物質(zhì)按物質(zhì)種類(lèi)多少分純凈物按元素種類(lèi)多少分單質(zhì)按性質(zhì)不同分金屬非金屬化合物按是否含碳分有機(jī)化合物無(wú)機(jī)化合物氧化物酸堿鹽混合物

三、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律

（一）非金屬單質(zhì)與其化合物的轉(zhuǎn)化

（1）非金屬在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的化合物，如：

S+O2點(diǎn)燃SO2

C+O2點(diǎn)燃CO2

C+2SΔCS2

（2）某些非金屬氧化物可以跟水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸，如：

CO2+H2O=H2CO3

SO2+H2O=H2SO3

SO3+H2O=H2SO4

（二）金屬單質(zhì)與其化合物的轉(zhuǎn)化

（1）金屬單質(zhì)和非金屬單質(zhì)在一定條件下可以相互反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽或金屬氧化物.如：

Fe+SΔFeS

2Fe+3Cl2Δ2FeCl3

3Fe+2O2點(diǎn)燃Fe3O4

（2）某些金屬氧化物和水反應(yīng)可以生成相應(yīng)的堿.如：

CaO+H2O=Ca（OH）2

Na2O+H2O=2NaOH

K2O+H2O=2KOH

（三）金屬的冶煉

1．金屬冶煉主要是指將金屬氧化物轉(zhuǎn)化為金屬的過(guò)程.在金屬氧化物中加入還原劑，奪取金屬氧化物中的氧，從而使其還原成金屬單質(zhì).

2．可以作還原劑的物質(zhì)主要有碳、一氧化碳和氫氣.

（1）木炭和氧化銅粉末在高溫下的反應(yīng)：

C+2CuOΔ2Cu+CO2

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：黑色固體逐漸變?yōu)榧t色，澄清石灰水變渾濁.

（2）從孔雀石中冶煉銅：

①孔雀石（或銅銹）的主要成分為堿式碳酸銅，為綠色粉末.

②孔雀石加熱：

Cu2（OH）2CO3Δ2CuO+H2O+CO2

③氫氣還原氧化銅：

H2+CuOΔCu+H2O

現(xiàn)象：黑色粉末狀固體逐漸變?yōu)榧t色，試管口有水珠生成.

操作注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)需先通一會(huì)氫氣，再加熱氧化銅，防止氫氣與空氣混合加熱時(shí)試管爆裂；實(shí)驗(yàn)停止后，要繼續(xù)通入氫氣，直到試管冷卻為止，防止灼熱的銅被空氣中的氧氣氧化成氧化銅.

（3）一氧化碳還原氧化鐵：

3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2

操作注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)最好在通風(fēng)櫥中進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該先通一會(huì)一氧化碳，以排除試管中的空氣，防止一氧化碳與空氣混合加熱時(shí)引起爆炸.多余的一氧化碳不能直接排到空氣中，應(yīng)對(duì)著火焰燒掉.

3．含氧化合物里的氧被奪取的反應(yīng)，叫做還原反應(yīng)；能從氧化物中奪取氧的能力叫做還原性，具有還原性的物質(zhì)可作還原劑.如碳、一氧化碳和氫氣等.

重要提示：氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置中容易出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤：

（a）試管口高于試管底.應(yīng)使試管口略低于試管底，防止反應(yīng)生成的水倒流.

（b）試管口加了膠塞.試管口不能加膠塞，否則氣體排不出，容易造成試管炸裂.

（c）導(dǎo)管略伸入試管口.應(yīng)使導(dǎo)管貼試管上壁伸入試管底部.

4．有關(guān)純度問(wèn)題的計(jì)算

（1）根據(jù)混合物質(zhì)量及其純度，計(jì)算純凈物質(zhì)量：純凈物質(zhì)量=混合物質(zhì)量×純度

（2）根據(jù)純凈物的質(zhì)量，求出其中組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=某組成元素的質(zhì)量÷純凈物的質(zhì)量

（3）求工業(yè)產(chǎn)品中的含雜質(zhì)的物質(zhì)的質(zhì)量（即混合物質(zhì)量）

混合物質(zhì)量=純凈物質(zhì)量÷純度

（四）化合物之間的轉(zhuǎn)化

1．雞蛋外殼與稀鹽酸的反應(yīng)：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

現(xiàn)象：一會(huì)下沉，一會(huì)又浮上來(lái)，不斷地上下沉浮.

四、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律

1．金屬金屬氧化物堿鹽.如

CaCaOCa（OH）2CaCO3

2．非金屬非金屬氧化物酸鹽.如

CCO2H2CO3Na2CO3

3．金屬+非金屬無(wú)氧酸鹽.如

2Na+Cl2點(diǎn)燃2NaCl

4．金屬氧化物+非金屬氧化物含氧酸鹽.如

Na2O+CO2=Na2CO3

5．酸+堿鹽+水.如

HCl+NaOH=NaCl+H2O

6．鹽+鹽新鹽+新鹽.如

NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3

7．金屬氧化物+酸鹽+水.如

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

8．非金屬氧化物+堿鹽+水.如

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

9．金屬+鹽新金屬+新鹽.如

Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

10．金屬+酸鹽+氫氣.如

Fe+2HCl=FeCl2+H2

篇9

一、化合反應(yīng)：由兩種或兩種以上物質(zhì)①生成另一種物質(zhì)②的反應(yīng)叫做化合反應(yīng)。

（1）反應(yīng)物相同，量不同，產(chǎn)物不同 例如：木炭在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳，木炭在氧氣中不充分燃燒生成一氧化碳。

（2）反應(yīng)物相同，條件不同，產(chǎn)物不同 例如：二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸。二氧化碳和水在光和葉綠素條件下反應(yīng)生成糖類(lèi)和氧氣。

（3）反應(yīng)物相同，量不同，產(chǎn)物相同，反應(yīng)現(xiàn)象不同 例如：硫在氧氣中燃燒生成二氧化硫，發(fā)出藍(lán)紫色火焰；而硫在空氣中燃燒也生成二氧化硫，發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰。

（4）反應(yīng)物相同，量不同，條件不同，產(chǎn)物相同； 例如：鐵在潮濕的空氣中生銹，鐵在充有氧氣的食鹽水中更易生銹。

（5）反應(yīng)物不同，產(chǎn)物相同 例如：木炭在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳，一氧化碳在氧氣中燃燒也生成二氧化碳。

（6）吸熱反應(yīng) 例如：碳和二氧化碳在高溫條件下反應(yīng)生成一氧化碳，同時(shí)吸熱。

（7）非金屬單質(zhì)+非金屬單質(zhì)反應(yīng) 例如：氫氣和氯氣在點(diǎn)燃條件下生成氯化氫。

（8）金屬單質(zhì)+非金屬單質(zhì)反應(yīng) 例如：鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵。

（9）金屬氧化物+水反應(yīng) 例如：氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣。

（10）非金屬氧化物+水反應(yīng) 例如：二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸。

（11）單質(zhì)+非金屬氧化物反應(yīng) 例如：氧氣和一氧化碳在點(diǎn)燃條件下生成二氧化碳；碳和二氧化碳在高溫條件下生成一氧化碳。

（12）燃料燃燒 例如：氧氣和一氧化碳在點(diǎn)燃條件下生成二氧化碳。

（13）三或四種反應(yīng)物 例如：碳酸鈣與水和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈣；銅與水和氧氣及二氧化碳反應(yīng)生成堿式碳酸銅。

二、分解反應(yīng)：由一種物質(zhì)①生成兩種或兩種以上其他物質(zhì)②的反應(yīng)叫做分解反應(yīng)。

（1）生成物是兩種單質(zhì) 例如：電解水生成氫氣和氧氣。

（2）生成物是一種單質(zhì)和一種化合物 例如：過(guò)氧化氫在二氧化錳做催化劑條件下生成氧氣和水。

（3）生成物是兩種氧化物 例如：碳酸分解生成水和二氧化碳。

（4）生成物是三種物質(zhì) 例如：高錳酸鉀在加熱條件下生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣。

三、置換反應(yīng)：由一種單質(zhì)與一種化合物起反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)叫做置換反應(yīng)。

（1）氣體單質(zhì)與金屬氧化物 例如：氫氣和氧化銅在加熱條件下生成銅和水。

（2）固體單質(zhì)與金屬氧化物 例如：木炭與氧化銅在高溫條件下生成銅和二氧化碳。

（3）活潑金屬與稀鹽酸或稀硫酸 例如：鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣。

（4）金屬與鹽溶液 例如：鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵。

四、復(fù)分解反應(yīng)：由兩種化合物互相交換成分，生成另外兩種化合物的反應(yīng)叫做復(fù)分解反應(yīng)。

這里的化合物指酸、堿、鹽、金屬氧化物，不包括非金屬氧化物。

（1）中和反應(yīng) 例如：氫氧化鈉和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉和水。

（2）金屬氧化物+酸 例如：氧化鐵和鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水 。

（3）碳酸鹽+酸 例如：碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳。

（4）碳酸鹽溶液+堿溶液 例如：碳酸鈉和氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉。

（5）鹽溶液間的反應(yīng)

舉例：氯化鋇與硫酸鈉反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和氯化鈉。

（6）堿與銨鹽的反應(yīng) 例如：氫氧化鈣與硫酸銨反應(yīng)生成硫酸鈣和水及氨氣。

（7）反應(yīng)物不同生成物相同的復(fù)分解反應(yīng) 舉例：氫氧化鈣與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣和水，氧化鈣與鹽酸反應(yīng)也生成氯化鈣和水。

五、其他反應(yīng)（非基本反應(yīng)類(lèi)型）

（1）有機(jī)物與氧氣的反應(yīng) 例如：甲烷在氧氣中燃燒生成水和二氧化碳。

（2）一氧化碳還原金屬氧化物 例如：一氧化碳和氧化銅反應(yīng)生成銅和二氧化碳。

篇10

關(guān)鍵詞：檸檬酸溶膠凝膠法 復(fù)合氧化物 制備條件 成膠機(jī)理

在催化研究領(lǐng)域，單一氧化物通常具有一些較好的物化性能，可以作為載體或是直接應(yīng)用作催化劑。但是隨著人們對(duì)催化性能要求的提高及綠色化學(xué)低碳經(jīng)濟(jì)的興起，這些單一氧化物逐漸無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)其性能的要求。研究人員將不同的氧化物復(fù)合，從而獲得兼具兩種材料優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合或摻雜材料。[1]這種氧化物的復(fù)合在催化、電化學(xué)中都有著重要作用。然而復(fù)合方式的不同對(duì)復(fù)合的效果影響較大。

溶膠凝膠法是現(xiàn)在常用的氧化物復(fù)合摻雜方法。整個(gè)制備過(guò)程經(jīng)歷溶液、溶膠、凝膠、干凝膠、焙燒。由溶膠凝膠法制備的粒子純度高粒度細(xì)、可精確調(diào)控組成，方便對(duì)材料的復(fù)合或摻雜，反應(yīng)條件溫和易于操作控制，一般制得的氧化物都具有較大的比表面積[2]。該方法經(jīng)歷了傳統(tǒng)膠體、無(wú)機(jī)聚合物膠體、絡(luò)合法制膠這三個(gè)過(guò)程。傳統(tǒng)方法需要找到合適的沉淀劑。當(dāng)制備的離子各類(lèi)較多時(shí)，很難尋到合適的沉淀劑。無(wú)機(jī)絡(luò)合法常使用金屬醇鹽為原料。但金屬醇鹽有易燃、有毒、不易長(zhǎng)入保存、成本較高等特點(diǎn)。近些年來(lái)發(fā)展的檸檬酸-溶膠凝膠法屬于無(wú)機(jī)聚合物法。不僅可以在較低的溫度下，取得尺寸均勻，粒度在微米甚至納米級(jí)別的氧化物，而且保留了制備溫度溫和、操作方法簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)。然而檸檬酸凝膠溶膠法作為一種新興方法，在制備條件和操作方法上仍有許多地方值得探討。

一、制備條件及機(jī)理分析

1.檸檬酸用量

檸檬酸作為絡(luò)合劑，對(duì)膠體的穩(wěn)定性具有決定性的作用。用量過(guò)少，將會(huì)導(dǎo)致形成的膠體不穩(wěn)定，極可能在放置陳化過(guò)程中出現(xiàn)沉淀現(xiàn)在，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[3-5]。不同的文獻(xiàn)中均采用放置檢驗(yàn)的方法，將溶膠放置足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并觀察，以剛好不出現(xiàn)金屬鹽析出為檸檬酸的最少使用量。而不同的金屬鹽，其對(duì)應(yīng)的最小使用量，從1：0.5到1：3不等。在氧化物焙燒條件相同的情況下，增加檸檬酸的用量可以得到更粒度更細(xì)分散度更好的氧化物。但李意峰認(rèn)為過(guò)量的催化劑會(huì)殘留在干凝膠中，致使焙燒過(guò)程中檸檬酸燃燒不充分，產(chǎn)物結(jié)晶下降[4]。

2.溶液pH

李意峰等人在實(shí)驗(yàn)中引入了對(duì)起始pH值進(jìn)行了討論，使用硝酸和氨水對(duì)初始pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，認(rèn)為pH約為2 時(shí)，凝膠后獲得的氧化物具有較好的物化性能[4]。范瑞瑞在制備氧化鋁超細(xì)粉體時(shí)，也調(diào)節(jié)了初始pH值[5]。然而二者在其文獻(xiàn)中，均無(wú)對(duì)起始pH值的討論。筆者認(rèn)為，隨著凝膠化過(guò)程的進(jìn)行，水分不斷散失，溶液的pH值逐漸發(fā)生變化。pH值的最終值與初始值將會(huì)有較大差異。這一可變性，使得實(shí)驗(yàn)中不以此為變量進(jìn)行討論。然而檸檬酸屬于弱酸，在水溶液中存在著多級(jí)的電離平衡。隨著檸檬酸的解離，陰離子可以絡(luò)合更多的陽(yáng)離子，使得膠體更穩(wěn)定，不易析出金屬鹽。有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，產(chǎn)物隨pH值呈非線(xiàn)性變化，在pH=7附近有一最優(yōu)值[8]。在該值處得到的產(chǎn)物純凈，無(wú)碳?xì)埩簟Ｔ勒裥荹9]認(rèn)為pH值較低時(shí)，得到的膠體致密，比表面和孔容都小；在接近中性時(shí)，可以得到含大量孔結(jié)構(gòu)的凝膠。

因此，溶液pH值對(duì)凝膠的影響是否重要，還有待細(xì)致的研究。

3.凝膠化及陳化

凝膠化是溶膠凝膠法的一個(gè)重要過(guò)程。在該過(guò)程中，剛剛形成的溶膠體系逐漸向凝膠凝膠轉(zhuǎn)變。凝膠化的溫度和時(shí)間都對(duì)能否成膠有著直接影響。以檸檬酸溶膠凝膠法制備[9]的實(shí)驗(yàn)顯示，適當(dāng)升高凝膠化的溫度，可以縮短形成凝膠的反應(yīng)時(shí)間。陳化過(guò)程主要有膠體粒子的長(zhǎng)大，膠體體積收縮和水分等溶劑的移除。經(jīng)過(guò)凝膠化和陳化，溶膠變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠，在后續(xù)的干燥和焙燒過(guò)程中也不會(huì)破壞，而影響絡(luò)合金屬離子的物化性質(zhì)。溶膠的陳化過(guò)程與凝膠化過(guò)程并沒(méi)有明顯的界線(xiàn)。凝膠化完成后，緊接著進(jìn)行膠體的陳化。經(jīng)驗(yàn)中，讓為陳化是溶膠凝膠法必不可少的操作。凝膠化的溫度及陳化溫度和時(shí)間的確定大都根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)像，實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整。各文獻(xiàn)在陳化時(shí)間的選取上分歧較大。郭大勇[3]等在實(shí)驗(yàn)中，使用檸檬酸溶膠凝膠法，將凝膠化和陳化和并操作，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)48小時(shí)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)凝膠法，該工藝制得的氧化物顆粒在粒徑、結(jié)晶度和抗團(tuán)聚等方面有較好的表面。李意峰[4]等在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有凝膠化過(guò)程，在80℃下陳化10小時(shí)，也獲得了分散性、結(jié)晶性較好的氧化物。

4.成膠機(jī)理分析

檸檬酸是弱酸，其多級(jí)電離受溶液pH值的影響。不同的陰離子存在形式?jīng)Q定了檸檬酸根的絡(luò)合能力也不相同。金屬離子與檸檬酸根離子絡(luò)合后，粒子間再經(jīng)過(guò)近一步水解綜合，最終形成穩(wěn)定的溶膠。不完全電離的檸檬酸根離子以非化學(xué)計(jì)量比與金屬離子配合，降低成膠能力。增加檸檬酸用量可以加快溶膠的形成，但過(guò)量檸檬酸將影響焙燒后氧化物的物化性能。

也有文獻(xiàn)認(rèn)為[6]，早期較小凝膠粒子通過(guò)陳化，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)狀的空間立體結(jié)構(gòu)。三維網(wǎng)狀在焙燒過(guò)程中可以有效阻止金屬氧化物顆粒的長(zhǎng)大。

二、結(jié)論

檸檬酸溶膠凝膠法是一種新興氧化物制備方法，具有實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，可以精確控制氧化物的組成等優(yōu)點(diǎn)，在氧化物制備的各個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。于些同時(shí)，其成膠機(jī)理仍末明了，因而在檸檬酸用量、pH值等操作條件上較難有統(tǒng)一且明確的最優(yōu)操作點(diǎn)。隨著科研工作者對(duì)檸檬酸溶膠凝膠法成膠機(jī)理的研究，這一方法會(huì)被逐漸改進(jìn)、成熟。

催化劑的研發(fā)推進(jìn)了人們對(duì)復(fù)合氧化物研究，粒度細(xì)小均勻，成分均勻的二元甚至多元氧化物的制備，必將更多用到檸檬酸溶膠凝膠法。

參考文獻(xiàn)

[1]Dalin Li，Yoshinao Nakagawa，Keiichi Tomishige.Methane reforming to synthesis gas over Ni catalysts modified with noble metals[J].Applied Catalysis A：General，2011（48）：1-24.

[2]黃傳真，艾興，侯志剛，等.溶膠- 凝膠法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀.材料導(dǎo)報(bào)， 1997， 11（ 3） ： 8

[3]郭大勇，儲(chǔ)成林，林萍華，等. 檸檬酸對(duì)溶膠-凝膠法制備羥基磷灰石粉體的影響[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2002，32（3）：1-4.

[4]李意峰，黃劍鋒，曹麗云，等. 檸檬酸絡(luò)合法制備La2CuO4納米晶[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2011，27（11）：2157-2161.

[5]范瑞瑞，李炎，徐流杰，等.溶膠凝膠法制備Al2O3超細(xì)粉體[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2011，32（4）：1-4.

[6]張振莉，周亞松，宗海生，等. 鎂鋁復(fù)合氧化物載體的制備與性質(zhì)研究[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào).2007，35（1）：94-97.

[7]Li DY Yang H，Lian J S，et al. the fabrication of the Hydrous Alumina Powders by the Sol-Gel Method[J]. 2008，37（z2）：292-294.

[8]張明福， 赫曉東， 韓杰才，等. 自燃燒法合成BaNd2Ti5O14的凝膠化及熱處理研究. 無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)， 2000， 15（ 5） ： 879.