金屬氧化物范文
時間：2023-03-24 16:30:11
導語：如何才能寫好一篇金屬氧化物，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
1、金屬氧化物是指氧元素與另外一種金屬化學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?)俗稱鐵紅，可作紅色顏料；一些工業過程中應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合形成的化合物。包括鉑，金在內的所有金屬都有相應的金屬氧化物。
（來源：文章屋網 ）
篇2
關鍵字： MOA； 失效模式； 內因分析； 外因分析
中圖分類號：TM206 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
1 內因分析
MOA失效的內因分析就是研究壓敏電阻的微觀失效原理。ZnO壓敏電阻的非線性保持能力與晶粒的大小和晶界結構的均勻性有關，非線性源于晶界效應。當突破了失效的多個局部臨近點，才會有可能導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，這說明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個重要指標。由公式可知，閥片的非線性系數 比較小時，串并聯中的各級閥片發熱分布是不平衡的。
（1）
式（1）中， 和 表示流過電流為 時換算得到的單閥片兩端電壓。從公式中可以看出，當其非線性系數降低到一定值時，電壓分布的微小差異將導致電流的分布差異很大，由此說明： 某單一閥片的失效將會使得其它各閥片的發熱極為不平衡。
在電網中，MOA工作時經常會受到不同程度的沖擊，如果沖擊強度比較小時，泄漏區域段的伏安特性會出現“極化”現象，此階段是可逆的。低電壓情況下電阻的泄漏區域無大的改變，一定條件下可以恢復。
如果沖擊強度過大，可能導致MOV的晶界層勢壘發生不可逆轉的變化，一些較為薄弱的勢壘將被破壞，再次遭遇強電流沖擊時，MOV的保護特性將發生變化，如果更加嚴重，就處于失效狀態了。在技術規范《交流無間隙金屬氧化物避雷器》（GB11032-2010）中，規定了壓敏電壓 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]。
除了強電流的沖擊作用，系統正常工作電壓 對MOA長期的累積效應，也會造成壓敏電阻的伏安特性發生一定程度的劣化，相對工頻電壓而言，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，也使得壓敏電阻產生老化甚至劣化現象。
另一方面，連續沖擊電流產生功率損耗，功率損耗的累計增加引起避雷器內部溫升，會進一步加速壓敏電阻的老化。在過去，評定壓敏電阻性能，往往看重通流指標，忽略或不夠重視平均功率和熱阻這兩個參數，最終往往導致避雷器使用不當，壓敏電阻的失效概率增大。
2 外因分析
MOA的狀態主要是與外部參數的配合關系決定的，若其非線性電阻特征曲線穩定，即小時域內，避雷器的工作狀態由電網參數決定；若其特征曲線從大時域來看發生變化，則是受電網長期過電壓以及外部環境所致。下面對外部影響參數分別加以分析。
（1）瓷套污穢
MOA在較大污穢情況下運行可能發生三種情況：即外部閃絡現象，內部的局部放電，以及內部電阻片的溫度升高。其中，放電效應是由避雷器內外徑向電場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性的暫態電壓分布所導致的。閥片電流密度J隨時間的變化特征與電場強度的變化密切相關[2]，當遭遇到較大的脈沖電壓后，其響應為：
（2）
由此可以說明，閥片周圍的電場強度會影響閥片的電流密度，進而改變閥片電阻的非線性特性，而瓷套的污穢可以改變閥片周圍的電場強度大小以及分布的不均勻性。
（2）受潮
經過試驗表明，MOA內部受潮直接造成閥片外表壁電流增大，功耗增加，散熱增大，導致電阻片更易被熱擊穿或熱穿孔，加速了MOA老化過程，同時由于避雷器瓷套內部溫度驟增，可能使得內部壓強過大而發生爆炸。此外，瓷套外壁的過度潮濕將對瓷套內間隙的電容分布造成影響，從而造成避雷器的動作特性降低，穩定性變差，保護動作頻度增加，更易受到暫態過電壓危害，進一步加速避雷器老化乃至失效[3]。
（3）強電流沖擊
強電流沖擊對避雷器的影響較大，因此雷擊次數也是避雷器在線監測的一個重要指標。
（4）電網參數
暫態過電壓和各次諧波對無間隙MOA影響較大。無間隙MOA的拐點電壓（這里近似將參考電壓作為拐點電壓）偏低，僅為2.21～2.56倍的最大相電壓 ，而暫態過電壓可達2.5～3.5倍 [4]。
（5）機械振動
自然災害（如臺風、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行。
3 結論
通過MOA內因分析，只有突破了失效的多個局部臨近點，才會有可能導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，這說明了平均功率和熱阻是影響電阻特性和壽命的兩個重要指標。通過外因分析，各項條件的改變，會改變MOA運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，系統性和特性表征的外因主導性，從而使MOA逐步失效。
參考文獻：
[1] GrandkeT.Interprolation algorithms for diserete four iertransforms of weighted signals.IEEETransonIM，2003，32：350-355.
[2] 楊曉東.氧化鋅避雷器監測方法分析.新疆電力技術，2008，（2）：26-29.
篇3
關鍵詞：金屬氧化物避雷器泄漏電流測試泄漏電流分析判斷
中圖分類號：U224.2+5 文獻標識碼：A
一前言
近年來，金屬氧化物避雷器(下文簡稱MOA)以其優異的技術性能逐漸取代了其它類型的避雷器，成為電力系統一次設備的換代保護設備。由于MOA沒有放電間隙，氧化鋅電阻片長期承受運行電壓，并有泄漏電流不斷流過MOA各個串聯電阻片，這個電流的大小取決于MOA熱穩定和電阻片的老化程度。如果MOA在負載下發生劣化，將會使正常對地絕緣水平降低，泄漏電流增大，直至發展成MOA的擊穿損壞。所以監測運行中MOA的工作情況，正確判斷其質量狀況是非常必要的。MOA的質量如果存在問題，那么通過MOA電阻片的泄漏電流將逐漸增大，因此我們可以把測量MOA的泄漏電流作為監測MOA質量狀況的一種重要手段。
二泄漏電流測量儀器原理
常見的MOA泄漏電流測量儀器按其工作原理分兩種：容性電流補償法和諧波分析法。
1、容性電流補償法
容性電流補償法是去掉與母線電壓成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字化測量和諧波分析技術，從泄漏電流中分離出阻性電流基波值。
三泄漏電流測試方法
1、在線監測
在線監測就是利用在線監測儀器或在線監測系統，比如帶毫安表的放電計數器，不間斷地監測MOA的泄漏總電流或阻性電流，當發現泄漏電流有增大趨勢時，再做帶電檢測或停電試驗，從而預防發生事故。
2、定期帶電檢測
MOA的定期檢測是指在不停電情況下定期測量避雷器的泄漏電流或功率損耗，然后根據測試數據對避雷器的運行狀況作出分析判斷，對隱患作到早發現早處理，確保電網的安全運行。
四影響MOA泄漏電流測試結果的幾種因素分析
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方面來影響MOA阻性電流IRP的測量值，諧波狀況不同，可能使測得的結果相差很大。而阻性電流基波峰值IRIP則基本不受諧波成份影響，因此建議現場測試分析判斷時應以阻性電流基波峰值IRIP為準。
2、MOA兩端電壓波動的影響
由于電力系統的運行情況在不斷變化，特別是系統電壓的變化對MOA的泄漏電流值影響很大。因此在對MOA泄漏電流進行橫向或縱向比較時，應詳細記錄MOA兩端電壓值，據此正確判定MOA的質量狀況。
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部泄漏電流增加外，其外表面泄漏電流對測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MOA的阻性電流的測量影響也不一樣。由于MOA的阻性電流較小，即使較小的外表面泄漏電流也會給測試結果帶來誤差，因此應盡量排除外表面污穢的影響。
4、溫度對MOA泄漏電流的影響
由于MOA的氧化鋅電阻片在小電流區域具有負的溫度系數及MOA內部空間較小，散熱條件較差，有功損耗產生的熱量會使電阻片的溫度高于環境溫度，因此會使MOA的阻性電流增大，資料表明電阻片在持續運行電壓下從+20℃～+60℃，阻性電流要增加79%。實際運行中的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、濕度對測試結果的影響
濕度比較大的情況下，一方面會使MOA瓷套的泄漏電流增大，同時也會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存在自身電容和對地電容，MOA的芯體對瓷套、法蘭、導線都有電容，當濕度變化時，瓷套表面的物理狀態發生變化，瓷套表面和MOA內部閥片的電位分布也發生變化，泄漏電流也隨之變化。
6、運行中三相MOA的相互影響
由于運行中呈一字形排列的三相MOA，相鄰相通過雜散電容等的影響，使得兩邊相MOA底部的總電流相位發生變化，其值與MOA的安裝位置有關，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°，則阻性電流基波數值變化15%左右。在實測中，應考慮這一因素的影響。
7、測試點電磁場對測試結果的影響
測試點電磁場較強時，會影響到電壓U與總電流IX的夾角，從而會使測得的阻性電流峰值數據不真實，給測試人員正確判斷MOA的質量狀況帶來不利影響。
五MOA質量狀況的判斷方法
1、參照標準法
由于每個廠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準也不一樣，測試時可以根據廠家提供的標準來進行測試。若全電流或阻性電流基波值超標，可初步判定MOA存在質量問題，然后需停電做直流試驗，根據直流測試數據作出最終判斷。
2、橫向比較法
同一廠家、同一批次的產品，MOA各參數應大致相同，如果全電流或者阻性電流差別較大，即使參數不超標，MOA也可能有異常。
3、縱向比較法
對同一產品，在同樣的環境條件下，不同時間測得的數據可以作縱向比較，發現全電流或阻性電流有明顯增大趨勢時，應縮短檢測周期或停電作直流試驗，以確保安全。
4、綜合分析法
在實際運行中，有的MOA存在劣化現象但并不太明顯時，從測得的數據不能直觀地判斷出MOA的質量狀況。根據現場經驗，對MOA測試數據進行綜合分析時，一般應先看全電流，再看阻性電流，三看諧波含量，然后看夾角，對各項參數作系統分析后，判定出MOA的運行情況。
六結論與建議
1、對新投運的110kV以上MOA，有條件的盡可能安裝在線監測儀，以便在巡視時觀察運行狀況，防止泄漏電流的增大。
2、不同生產廠家，對同一電壓等級的MOA在同一運行電壓下測得的泄漏電流值差別很大，不應用泄漏電流的絕對值作為判定MOA質量狀況的依據，而應與前幾次測得的數據作縱向比較，三相之間作橫向比較。
3、電壓升高、溫度升高、濕度增大，污穢嚴重都會引起MOA總電流、阻性電流和功率損耗的增大，這是應該注意的。
4、諧波含量偏大時，會使測得的阻性電流峰值IRP數據不真實，而阻性電流基波IRIP值是一個比較穩定的值，因此在諧波含量比較大時，應以測得的IRIP值為準。
5、在帶電測試時，對發現異常的MOA，在排除各種因素的干擾后，仍存在問題，建議停電作直流試驗，測取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是否質量合格。確認MOA存在質量問題，應及時妥善處理。
參考文獻：
篇4
關鍵詞: 薄膜晶體管;氧化銦鎵鋅;氧化物;器件結構
中圖分類號:TN383.+1文獻標識碼: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
近年來隨著液晶顯示器尺寸的不斷增大,驅動電路的頻率不斷提高,現有的非晶硅薄膜晶體管遷移率很難滿足需求,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80in,驅動頻率為120Hz時需要1cm2/V?s以上的遷移率,現在非晶硅的遷移率顯然很難滿足。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、制作工藝簡單,可以更好地滿足大尺寸液晶顯示器和有源有機電致發光的需求,備受人們的關注,成為最近幾年的研究熱點[4-11]。
1 非晶金屬氧化物IGZO
非晶金屬氧化物IGZO由In2O3、Ga2O3和ZnO構成,禁帶寬度在3.5eV左右,是一種N型半導體材料。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有很強的離子鍵,可以抑制O空位的產生;ZnO中的Zn2+可以形成穩定四面體結構,可以使金屬氧化物IGZO形成穩定的非晶結構。因此,金屬氧化物IGZO適用于制作高遷移率薄膜晶體管。
1.1 光照的穩定性
非晶金屬氧化物IGZO在可見光照射下具有很好的穩定性。2008年SID密歇根州大學報道了非晶金屬氧化物IGZO光照的穩定性[12],非晶金屬氧化物IGZO在420nm以上波長照射時,非晶金屬氧化物IGZO TFT的I-V曲線非常穩定,在低于420nm以下的紫外光照射時,非晶金屬氧化物IGZO的I-V曲線開始大幅度漂移,很不穩定。因為紫外光的能量高于非晶金屬氧化物IGZO的禁帶寬度,致使非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管的I-V曲線發生漂移。2010年LG在SID上發表了非晶金屬氧化物IGZO光照穩定性的研究[13],其結果表明非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管在4,500nit光照下I-V曲線和沒有光照的I-V曲線幾乎是一樣的,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,可以用來制作柔性顯示, 同時還具有良好的電學性能和穩定性,在未來的柔性顯示市場具有廣闊的應用前景。
2010年臺灣國立交通大學在SID發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,非晶金屬氧化物IGZO的電學特性如Ion、Ioff以及Igs幾乎不發生改變,展現出良好的彎曲性能,可以用來制作柔性顯示。
1.3 穩定性
非晶金屬氧化物IGZO TFT在空氣中不穩定,對氧氣和水蒸氣很敏感。三星技術研究所在2010年透明金屬氧化會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、潮濕空氣和氮氣中進行試驗,發現在干燥空氣環境中非晶金屬氧化物IGZO面板性能有所下降,在潮濕空氣環境中非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質量嚴重惡化,在氮氣環境中非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質量幾乎沒有改變。
在干燥空氣和潮濕空氣環境中,非晶金屬氧化物IGZO面板顯示質量下降的原因是氧氣和水蒸氣透過非晶金屬氧化物IGZO上面的保護層,使非晶金屬氧化物IGZO性能惡化,因此非晶金屬氧化物IGZO TFT需要高質量的非晶金屬氧化物IGZO保護膜。
1.4 制作工藝
非晶金屬氧化物IGZO薄膜可以通過濺射的方式沉積,這種方式工藝穩定性好,同時也可以與目前制作液晶顯示用的濺射設備形成很好的匹配。
2009年夏普公司在IDW會議上公布了通過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,通過濺射方法沉積非晶金屬氧化物IGZO薄膜在50μm時,非晶金屬氧化物IGZO薄膜內的In、Ga、Zn原子成分的百分比幾乎不變;對連續沉積1μm和50μm后的非晶金屬氧化物IGZO薄膜的TFT進行電學特性測試,I-V曲線重合在一起,上述結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,都可以滿足濕法工藝的需求[17],根據所采用的制作非晶金屬氧化物IGZO 薄膜結構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結構
目前金屬氧化物IGZO TFT的結構主要有刻蝕阻擋型(etch stop type)、背溝道刻蝕型(back channel etch type)和共面型(coplanar type)三種類型,其結構特點及優缺點如表2所示。
刻蝕阻擋型金屬氧化物IGZO TFT制作工藝簡單,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保護金屬氧化物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高清晰有源發光二極管顯示器[18],表現出良好的顯示性能。
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構[19],制作背溝道刻蝕型金屬氧化物IGZO TFT工藝流程比較簡單,比刻蝕阻擋型少一次光刻,可以減少設備的投資,提高生產效率,與現在制作非晶硅薄膜晶體管的設備匹配性好,易轉型,可減少設備投資。由于金屬氧化物IGZO層沒有保護層,在形成源漏金屬層時很容易對金屬氧化物IGZO層造成破壞,從而損害了金屬氧化物IGZO TFT的性能,因此一般生產廠商不直接采用此種結構,但可以通過改變源漏金屬層沉積和刻蝕工藝來改善上述缺陷。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的有源發光二極管顯示器[20],展現出良好的顯示性能。
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備匹配性好。2010年友達公司在SID會議上公布了采用此種方式在6代液晶生產線上制作的32in大尺寸液晶顯示器[21],表現出良好的顯示性能。
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面的品質,尤其是有源發光二極管顯示對非晶金屬氧化物IGZO 薄膜晶體管性能的要求更加嚴格,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。
改善非晶金屬氧化物IGZO TFT性能的方法主要有:選擇TFT結構、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保護層成膜質量以及后退火溫度和存放環境。
采用頂柵極結構可以制作高遷移率非晶金屬氧化物IGZO TFT,但是制作工藝復雜;采用底柵極結構制作非晶金屬氧化物IGZO TFT與現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對非晶金屬氧化物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。一般來說柵極絕緣層表面粗糙度越低,表面的缺陷態越少,成膜質量越高,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上面保護層成膜的質量直接影響著非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能。保護層可以是成膜質量好的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層時的工藝條件對非晶金屬氧化物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,就要優化好非晶金屬氧化物IGZO的沉積條件。
4 結 論
在過去幾年內,人們通過不斷改善非晶金屬氧化物IGZO TFT的結構、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界面以及保護層成膜質量和退火的條件,不斷提升了非晶金屬氧化物IGZO TFT的性能和可靠性,隨著2010年臺灣友達公司成功地在六代液晶顯示器生產線上制作出32in金屬氧化物IGZO TFT的液晶顯示器,并表現出優良的顯示性能,如非晶金屬氧化物IGZO晶體管的遷移率達到5.16cm2/V?s,開關比為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,為以后進行大尺寸顯示器的生產指明了方向。
相信隨著對非晶金屬氧化物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、有源有機電致發光顯示、柔性顯示、電子紙等顯示方式帶來革命性的進展。
參考文獻
[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
關鍵詞：氧化物冶金 非金屬夾雜物 晶內鐵素體
中圖分類號：TF 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2013）06-0258-01
進入21 世紀后，鋼鐵材料因高的強度與良好的低溫沖擊韌性而在機械工程制造業中占據著重要地位。機械工程結構向巨型化、高參量方向發展， 如超大型船舶與海洋平臺、大跨度橋梁、長距離石油和天然氣輸送管線等。這些大型機械工程結構對鋼鐵材料的性能提出了越來越高的要求， 要求在不增加或盡量減少合金元素含量的前提下， 使鋼鐵材料的強度與韌性成倍提高[1]。許多研究成果表明， 細化晶粒是實現鋼鐵材料強度與韌性成倍提高的最有效方法。氧化物冶金是近年來用于細化鋼鐵材料晶粒， 提高強度與韌性的新方法、新技術， 已成功地用于非調質鋼、微合金低碳鋼、天然氣輸送管線鋼的開發， 日本的“ 新世紀結構材料開發計劃”就包含氧化物冶金的內容川。本文介紹了氧化物冶金技術及其應用的新進展。
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度、韌性之間的關系時，發現當焊縫金屬奧氏體晶內的非金屬夾雜物周圍有似針狀的鐵素體顯微組織時， 焊縫金屬不僅具有高的強度， 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為針狀鐵素體（Acicular Ferrite ， 簡稱A F ） 。針狀鐵素體是在奧氏體晶內形成的， 又稱為晶內鐵素體（Intragranular Ferrite ， 簡稱IG F ）。簡稱IG F ）。晶內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Ti、AI 的氧化物與Mn 的硫化物形成的氧、硫復合物仁5 一1。根據非金屬夾雜物誘導內鐵素體形核， 細化晶粒， 提高強度和韌性的客觀事實。日本新日鐵公司的高村等： 提出了控制鋼中氧化物的組成， 使之細小、彌散化， 誘導晶內鐵素體形核， 提高鋼的強度與韌性， 并將這一新技術稱為氧化物冶金（Oxides Metallurgy）。基本思路可概括為： （1） 若能在原奧氏體晶內形核， 產生大量的晶內鐵素體， 即使奧氏體晶粒粗大，也可獲得晶粒細小的顯微組織。晶內鐵素體具有自身細化的能力， 能抑制焊接熱影響區的晶粒粗化。（2） 無論多潔凈的鋼， 其均有許多非金屬夾雜物。在適當的條件下，一些非金屬夾雜物可誘導晶內鐵素體形核， 細化鋼的晶粒。
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鐵素體組成， 這時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。它們共同起到細化晶粒提高鋼強度與韌性的作用。
1 晶內鐵素體的顯微組織特征晶內鐵素體的相轉變溫度為680～480℃ ，屬于中溫轉變。晶內鐵素體均在奧氏體晶內的非金屬夾雜物上形核、長大，每個非金屬夾雜物上往往有多個晶內鐵素體板條， 呈放射性狀[2]。 國家自然科學基金（50334050） 和上海寶山集團公司聯合資助重點項目氧化物冶金技術及其應用晶內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。一方面晶內鐵素體能使鋼的晶粒細小化，另一方面晶內鐵素體板條之間為大角度晶界， 板條內的微裂紋解理跨越晶內鐵素體時要發生偏轉， 擴展需消耗很高的能量。因此， 氧化物冶金型鋼表現出高的強度和韌性。晶內鐵素體能自身細化。一定條件下， 由非金屬夾雜物誘導生成的晶內鐵素體晶界上可以生長出新的晶內鐵素體， 這使得鋼的晶粒更加細化， 有很強的自身細化晶粒的能力。由非金屬夾雜物誘導形核形成的晶內鐵素體稱為一次晶內鐵素體， 在一次晶內鐵素體晶界上形成的晶內鐵素體稱為二次晶內鐵素體。二次晶內鐵素體的形核稱為感生形核，由此形成的晶內鐵素體又稱為感生晶內鐵素體。利用晶內鐵素體感生形核具有自身細化晶粒的特點， 可有效地解決焊接熱影響區韌性下降的問題。盡管許多學者發現了晶內鐵素體感生形核現象仁川， 但對有關晶內鐵素體的感生形核規律、感生形核條件和影響晶內鐵素體感生形核的因素了解較少， 積累的數據也不多。
2 氧化物冶金型鋼中非金屬夾雜物的作用與性質
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形核核心，細化奧氏體晶粒，沉淀于奧氏體晶界， 阻止奧氏體晶粒的長大； 固溶于奧氏體晶內， 影響奧氏體向鐵素體的固相轉變， 誘導晶內鐵素體形核、長大； 在焊接過程中， 促進焊接熱影響區粗晶區的晶內鐵素體形核與感生形核?，F對于誘導晶內鐵素體形核非金屬夾雜物的性質進行了許多研究。研究了焊縫金屬中誘導晶內鐵素體形核非金屬夾雜物的性質。電子探針分析的結果表明， 誘導晶內鐵素體形核的非金屬夾雜物為Al、Ti、Mn的氧、硫復合物， 如如TIO·A12O3·MnS。并認為非金屬夾雜物表面的MnS在晶內鐵素體形核過程中起主導作用。研究了微Ti 脫氧低碳鋼中非金屬夾雜物的性質，認為TiZO3、TIN和Ti：O3。· TIN復合物在晶內鐵素體形核中起主導作用， 并認為TiZO3、TIN與鐵素體的錯配度較小， 有利于晶內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， 認為MnS、vN和MnS·VN復合物在晶內鐵素體形核中起主導作用。由于誘導晶內鐵素體形核、長大的非金屬夾雜物往往是A12O3、TiZO3、MnS、TIN形成的氧、硫復合物或氧、氮復合物。這些復合物的中心為高熔點的TIO、TiZO3等，非金屬夾雜物的表層一般為低熔點的MnS、TIN等。在復合非金屬夾雜物中， 究竟是復合非金屬夾雜物整體共同作用誘導晶內鐵素體的形核， 還是表層非金屬夾雜物MnS、TIN在誘導晶內鐵素體的形核過程中起決定性作用， 在此方面爭議較大， 還有待進一步研究。
3 結束語
通過對這門課程的學習，我對這種技術的運用簡單的談了一下我的看法，希望能為今后教師的教學做一些貢獻。這也是對我學習這門課程的總結。
參考文獻：
[1]王超，朱立光.氧化物冶金技術及應用[J]. 河北理工大學學報（自然科學版）. 2011（02）.
篇6
【關鍵詞】聚金屬氧酸鹽 乙酸正丁酯 催化反應 性能研究
乙酸正丁酯作為重要的化工原料，在工業生產商主要用硫酸催化乙酸和丁醇進行酯化反應，但由于脫水氧化作用，對于酯化反應容易出現其他不飽和化合物；同時，工藝技術復雜，還需要對產物進行堿洗、水洗，造成對環境的污染較大。聚金屬氧酸鹽具有良好的催化作用，其選擇性好、活性高在催化領域應用較廣。本文將以雜多酸為催化劑，來探討其在乙酸正丁酯酯化反應中的催化性能。
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，主要表現在聚金屬氧酸鹽的結構和組成，如Keggin、Waugh、Dawson等，能夠形成比較固定的金屬離子骨架；同時，聚金屬氧酸鹽具有酸性和氧化還原性，能夠順應配位原子、中心原子、抗衡陽離子的不同而改變；還有其“準液相”性質，能夠與某些極性分子如氨、醇、水、吡啶等進行相位組合，從而形成一種介于固態與液態之間的濃溶液；最后是良好的熱穩定性和可溶性，能夠滿足均相、多相催化要求。針對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，如在H3PW12O40+CS2CO3H3-xCSxPW12O40反應中，質子的活性較大，具有很強的酸性。聚金屬氧酸鹽在作為催化劑應用中，具有較強的選擇性，如與正丁烯、丙烯、正丁醇等低碳烯烴水合反應，還可以如醇酸發生酯化反應，如丙酸與丁醇的反應；與烷基化、酰基化等發生異構化反應，如丁烯、丙烯、異丁烯烷基化反應；還可以與高分子如四氫呋喃聚合反應；與醚發生裂解反應，如C3-C7的羧酸反應分解為CO和鏈烯烴等。
聚金屬氧酸鹽在氧化還原性上具有較強的氧化性，其陰離子表現為多電子體，能夠獲得多個電子而不發生分解。如在均相反應中，通過實驗獲得，聚金屬氧酸鹽的氧化還原性具有以下規律，當中心原子確定后，其氧化性順序為V>Mo≥W；當處于配位原子時，其氧化性順序為P>As>Si>B；當與鉬形成聚金屬氧酸鹽時，Dawson結構的氧化性能要強于Keggin結構。聚金屬氧酸鹽在多相反應中較為復雜，不僅與化合物的組成有關，還與抗衡陽離子的數量、種類有關。我們可以從H2或有機還原劑中來進行估算其還原性。同時，還可以利用循環伏安法、紅外光譜、極譜等手段來了解。
二、以實驗為例來探討其催化性能
（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定結構。本實驗中對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，以及相關實驗儀器。對于稀土鹽多為氯化物，如CeCl3，主要有Ce（No3）3與Na2CO3反應制取，并以10%HCL發生反應生成；對于LaCL3，NdCL3主要有La2O3與10%HCL發生反應生成，Nd2O3與10%HCL發生反應制取。稱量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，攪拌狀態下將氯化鈰滴入磷鎢酸溶液以生成沉淀。冷卻半小時后對沉淀進行抽濾并烘干（70℃），標記為磷鎢酸雜多稀土鹽。
（二）磷鎢雜多稀土鹽的催化性能
雜多酸最顯著的優勢是其酸性和酯化反應中良好的催化性能。以乙酸正丁酯酯化反應為例，我們來探討其催化性能。本實驗化學反應原理為：
從實驗環境及實驗步驟來看，利用加熱回流裝置對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進行滴定，計算乙酸轉化率。從乙酸丁酯的反應模型進行分析，對于相同條件下的催化劑用量，以反應物總重量的4%為準，酸醇摩爾比為1：1.2，反應溫度控制在110，不同催化劑對乙酸的轉化率影響：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，如果以純磷鎢酸為催化劑，由于酸位濃度過大，導致副反應的發生，影響乙酸的轉化率；因此，在稀土構成的催化劑中，對于不同稀土量的雜多化合物，其對乙酸的影響也不同。本實驗中用到的催化劑為稀土磷鎢酸鹽，因摻入量的不同，對于催化效果也不一樣?？偟膩砜?，摻入量少時反應速率慢，乙酸轉化率低；但對于添加量過多，對催化劑的活性也會降低。
三、結語
隨著多種雜多化合物的合成，從改變雜多化合物的酸堿性、氧化還原性及熱穩定性等方面也取得了較大進展，逐步形成了多酸化學研究的發展趨勢。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的一種，利用稀土鹽來實現催化作用，從化學制備上通過多種分析手段來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中的催化性能。本實驗以乙酸和正丁醇為例，借助于稀土磷鎢酸鹽的催化作用來探討乙酸的轉化率，并從不同稀土摻入量對乙酸轉化率的影響上來探討其催化性能。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，對于酸醇摩爾比的研究，我們從反應時間、反應溫度控制上，均具有提升轉化率的作用；但當酸醇比大于1：1.2 ，反應時間超過2h，對于乙酸轉化率來說趨于穩定。所以建議選擇酸醇比為1：1.2，反應時間控制在2h即可。
參考文獻：
[1]閆剛.多酸基有機―無機雜化化合物合成、結構及性質研究[D]. 東北師范大學，2013.
[2]高鑫.Dawson型磷鎢酸鹽及其無機―有機雜化物的制備和表征[D].中南大學，2014.
[3]楊明.基于Keggin與Dawson型多金屬氧酸鹽有機―無機雜多化合物的研究[D]. 哈爾濱理工大學，2012.
篇7
關鍵詞：城市污水處理廠；污泥厭氧消化；研究進展
中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0001-01
1 污泥厭氧消化處理技術的影響因素
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致溫度由55℃突降到20℃，在20℃持續1h、5h、12h、24h對高溫厭氧消化處理城市生活污水的影響，結果顯示溫度突降后，產氣量基本為0，VFA累積以及pH降低。
其次，pH值。產甲烷菌的生長代謝和繁殖對pH值的波動十分敏感，即使在其生長pH范圍內的突然波動也會引起細菌活力的明顯下降，其它菌種對pH值波動的抵抗力稍好。不利pH條件下污泥中的有機物轉化為脂肪酸等，導致系統內有機酸的大量積，進而產甲烷菌受到進一步的抑制甚至完全失活。
再次，攪拌。攪拌可以使消化罐內污泥濃度、pH值、微生物等保持均勻，避免消化罐內部分物質累積，表層污泥結殼等。
最后，毒性抑制物質。許多物質可以對污泥厭氧消化過程產生毒性抑制作用，包括氨氮、重金屬、硫化物、有機酸等。有研究表明，對于高含固率污泥厭氧消化（反應器內污泥濃度為3～4%），氨氮濃度為1670～3720mg/L時，可以使產甲烷活性降低10%；當氨氮濃度為4090～5550mg/L，產甲烷活性降低50%；當氨氮濃度超過5880mg/L時，產甲烷過程被完全抑制。
2 污泥厭氧消化處理技術的速率問題
污泥的厭氧消化可分為三個階段：水解發酵、酸性發酵和甲烷發酵，其中后兩個階段進行的較快，而水解過程進行十分緩慢，導致污泥厭氧消化較長的停留時間（SRT）和較大的消化池占地面積。剩余污泥中的大多數有機質存在于微生物細胞內，微生物的細胞壁是一個穩定的半剛性結構，起著保護細胞的作用。只有打破細胞壁結構將胞內有機質釋放出來，厭氧菌才能利用這些基質進行厭氧消化。因此當污泥作為消化基質投入厭氧反應器時，水解過程必然成為整個污泥厭氧消化過程的限速步驟。
此外，污泥絮體是由有機纖維、菌膠團、無機顆粒、絲狀菌和二價陽離子等組成，并由胞外聚合物聯結在一起。胞外聚合物包裹在微生物菌體細胞外，厭氧消化過程中胞外聚合物的存在會在一定程度上降低厭消化液中的酶與微生物細胞接觸的幾率，阻礙細菌菌體破解的進程，從而使厭氧消化速率減慢。
3 污泥厭氧消化處理技g的優化方法
第一，熱預處理法。例如國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，然后調節預處理溫度在55℃條件下水解13天，結果有機懸浮固體去除率提高了12%，生化產甲烷潛力提高了48%，厭氧發酵甲烷產率提高了115%，污泥中病原菌的滅火率也有所提高，同時熱預處理等過程中所需要的能量投入完全可以由熱預處理增加的甲烷產出量補給。
第二，超聲波預處理。例如有研究者通過低強度的超聲波處理來研究對污泥性質的影響，主要研究聲能密度、處理時間和聲強對厭氧消化的影響情況，結果表明，低強度超聲波處理能強化污泥厭氧消化效果，促進水解蛋白質、纖維素、脂肪的提高，有利于增強產沼氣效果。
第三，微波預處理。微波預處理主要是利用微波的加熱效應，加熱污泥中的水和有機物等吸收微波能的物質，從而達到破解污泥絮體和微生物細胞的作用，提高污泥的水解效率。國外研究者通過中試連續運行試驗，考察了微波預處理對污泥厭氧消化的強化效果，結果表明，經過80℃微波加熱，大量溶解性COD得到釋放，同時產甲烷量提升近50%。
第四，酶預處理。國外有研究者于35℃下向污泥中投加四種酶水解4h，結果顯示，投加脂肪酶和蛋白酶后，生物氣產量都有所增大，且這一表現與酶的形態無關。酶投加量為60mg/gTS時最佳，其污泥減量率比未加酶處理的空白對照高出60%，有利于固液分離，進而提高液相的消化速率。
第五，堿預處理。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，有研究者采用堿預處理調節污泥pH值到10，然后維持數天后再進行厭氧發酵，結果消化過程產氣量明顯增大，而且污泥停留時間也比對照組縮短。
4 結語
隨著能源價格的不斷上漲和資源回收需求的不斷增加，加之高速厭氧反應器的不斷發展，厭氧消化技術因其污泥減量化、無害化、資源化以及穩定化的特點，已受到前所未有的關注和研究。
參考文獻
篇8
(一)根據純凈物的物理性質不同.
如顏色、狀態、氣味，硬度、密度、溶解性等，對純凈物進行分類.
(二)根據純凈物的化學性質不同，如可燃性、氧化性，還原性等，對純凈物進行分類.
(三)根據純凈物的組成、用途的不同，可將純凈物進行分類.
二、常見物質的分類
（一）物質可分為純凈物和混合物
1．純凈物：由一種物質組成的物質.
2．混合物：由兩種或兩種以上的物質混合而成.
3．純凈物和混合物判斷的依據：物質是否由一種物質組成.（絕對純凈的物質是沒有的）
（二）純凈物根據元素組成不同，可分為單質和化合物兩大類
1．單質：由一種元素組成的純凈物.如氧氣、氮氣、鐵、硫等.
注意：由同種元素組成的物質，可能是單質，也可能是混合物.
單質按性質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
導電性良好的導電性除石墨外一般不導電
導熱性良好的導熱性除石墨外一般不導熱
密度密度高密度低
熔點熔點高熔點低
注意：金屬的導電性強弱順序為：銀>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：有機化合物和無機化合物.
2．1 有機化合物：含碳的化合物，簡稱有機物.
注意：a．有機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化合物，例如CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸鹽就屬于無機化合物.
b．最簡單的有機物是甲烷（CH4）.
2．2 無機化合物：不含碳元素的化合物.但包括CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸鹽.
（三）無機化合物可分為：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：電離出的陽離子全部是氫離子的化合物.
3．3 堿：電解質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）陽離子和酸根陰離子組成的化合物.
物質按組成分類的體系及分類的依據：
物質按物質種類多少分純凈物按元素種類多少分單質按性質不同分金屬非金屬化合物按是否含碳分有機化合物無機化合物氧化物酸堿鹽混合物
三、物質轉化的規律
（一）非金屬單質與其化合物的轉化
（1）非金屬在一定條件下可以轉化為相應的化合物，如：
S+O2點燃SO2
C+O2點燃CO2
C+2SΔCS2
（2）某些非金屬氧化物可以跟水反應生成對應的酸，如：
CO2+H2O=H2CO3
SO2+H2O=H2SO3
SO3+H2O=H2SO4
（二）金屬單質與其化合物的轉化
（1）金屬單質和非金屬單質在一定條件下可以相互反應，生成相應的鹽或金屬氧化物.如：
Fe+SΔFeS
2Fe+3Cl2Δ2FeCl3
3Fe+2O2點燃Fe3O4
（2）某些金屬氧化物和水反應可以生成相應的堿.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化為金屬的過程.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.
2．可以作還原劑的物質主要有碳、一氧化碳和氫氣.
（1）木炭和氧化銅粉末在高溫下的反應：
C+2CuOΔ2Cu+CO2
實驗現象：黑色固體逐漸變為紅色，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
現象：黑色粉末狀固體逐漸變為紅色，試管口有水珠生成.
操作注意事項：實驗開始時需先通一會氫氣，再加熱氧化銅，防止氫氣與空氣混合加熱時試管爆裂；實驗停止后，要繼續通入氫氣，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：實驗最好在通風櫥中進行.實驗時應該先通一會一氧化碳，以排除試管中的空氣，防止一氧化碳與空氣混合加熱時引起爆炸.多余的一氧化碳不能直接排到空氣中，應對著火焰燒掉.
3．含氧化合物里的氧被奪取的反應，叫做還原反應；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驗裝置中容易出現的典型錯誤：
（a）試管口高于試管底.應使試管口略低于試管底，防止反應生成的水倒流.
（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）導管略伸入試管口.應使導管貼試管上壁伸入試管底部.
4．有關純度問題的計算
（1）根據混合物質量及其純度，計算純凈物質量：純凈物質量=混合物質量×純度
（2）根據純凈物的質量，求出其中組成元素的質量分數.
組成元素的質量分數=某組成元素的質量÷純凈物的質量
（3）求工業產品中的含雜質的物質的質量（即混合物質量）
混合物質量=純凈物質量÷純度
（四）化合物之間的轉化
1．雞蛋外殼與稀鹽酸的反應：
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2
現象：一會下沉，一會又浮上來，不斷地上下沉浮.
四、物質轉化的規律
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+非金屬無氧酸鹽.如
2Na+Cl2點燃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：由兩種或兩種以上物質①生成另一種物質②的反應叫做化合反應。
（1）反應物相同，量不同，產物不同 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）反應物相同，條件不同，產物不同 例如：二氧化碳和水反應生成碳酸。二氧化碳和水在光和葉綠素條件下反應生成糖類和氧氣。
（3）反應物相同，量不同，產物相同，反應現象不同 例如：硫在氧氣中燃燒生成二氧化硫，發出藍紫色火焰；而硫在空氣中燃燒也生成二氧化硫，發出微弱的淡藍色火焰。
（4）反應物相同，量不同，條件不同，產物相同； 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）反應物不同，產物相同 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 例如：碳和二氧化碳在高溫條件下反應生成一氧化碳，同時吸熱。
（7）非金屬單質+非金屬單質反應 例如：氫氣和氯氣在點燃條件下生成氯化氫。
（8）金屬單質+非金屬單質反應 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 例如：氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣。
（10）非金屬氧化物+水反應 例如：二氧化碳和水反應生成碳酸。
（11）單質+非金屬氧化物反應 例如：氧氣和一氧化碳在點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燃條件下生成二氧化碳。
（13）三或四種反應物 例如：碳酸鈣與水和二氧化碳反應生成碳酸氫鈣；銅與水和氧氣及二氧化碳反應生成堿式碳酸銅。
二、分解反應：由一種物質①生成兩種或兩種以上其他物質②的反應叫做分解反應。
（1）生成物是兩種單質 例如：電解水生成氫氣和氧氣。
（2）生成物是一種單質和一種化合物 例如：過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 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：由一種單質與一種化合物起反應，生成另一種單質和另一種化合物的反應叫做置換反應。
（1）氣體單質與金屬氧化物 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生成銅和硫酸亞鐵。
四、復分解反應：由兩種化合物互相交換成分，生成另外兩種化合物的反應叫做復分解反應。
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 例如：氫氧化鈉和鹽酸反應生成氯化鈉和水。
（2）金屬氧化物+酸 例如：氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水 。
（3）碳酸鹽+酸 例如：碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、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生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉。
（5）鹽溶液間的反應
舉例：氯化鋇與硫酸鈉反應生成硫酸鋇沉淀和氯化鈉。
（6）堿與銨鹽的反應 例如：氫氧化鈣與硫酸銨反應生成硫酸鈣和水及氨氣。
（7）反應物不同生成物相同的復分解反應 舉例：氫氧化鈣與鹽酸反應生成氯化鈣和水，氧化鈣與鹽酸反應也生成氯化鈣和水。
五、其他反應（非基本反應類型）
（1）有機物與氧氣的反應 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生成銅和二氧化碳。
篇10
關鍵詞：檸檬酸溶膠凝膠法 復合氧化物 制備條件 成膠機理
在催化研究領域，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用作催化劑。但是隨著人們對催化性能要求的提高及綠色化學低碳經濟的興起，這些單一氧化物逐漸無法滿足工業生產對其性能的要求。研究人員將不同的氧化物復合，從而獲得兼具兩種材料優點的復合或摻雜材料。[1]這種氧化物的復合在催化、電化學中都有著重要作用。然而復合方式的不同對復合的效果影響較大。
溶膠凝膠法是現在常用的氧化物復合摻雜方法。整個制備過程經歷溶液、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、可精確調控組成，方便對材料的復合或摻雜，反應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]。該方法經歷了傳統膠體、無機聚合物膠體、絡合法制膠這三個過程。傳統方法需要找到合適的沉淀劑。當制備的離子各類較多時，很難尋到合適的沉淀劑。無機絡合法常使用金屬醇鹽為原料。但金屬醇鹽有易燃、有毒、不易長入保存、成本較高等特點。近些年來發展的檸檬酸-溶膠凝膠法屬于無機聚合物法。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別的氧化物，而且保留了制備溫度溫和、操作方法簡易的優勢。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、制備條件及機理分析
1.檸檬酸用量
檸檬酸作為絡合劑，對膠體的穩定性具有決定性的作用。用量過少，將會導致形成的膠體不穩定，極可能在放置陳化過程中出現沉淀現在，導致實驗失敗[3-5]。不同的文獻中均采用放置檢驗的方法，將溶膠放置足夠長的時間，并觀察，以剛好不出現金屬鹽析出為檸檬酸的最少使用量。而不同的金屬鹽，其對應的最小使用量，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分散度更好的氧化物。但李意峰認為過量的催化劑會殘留在干凝膠中，致使焙燒過程中檸檬酸燃燒不充分，產物結晶下降[4]。
2.溶液pH
李意峰等人在實驗中引入了對起始pH值進行了討論，使用硝酸和氨水對初始pH值進行調節，認為pH約為2 時，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粉體時，也調節了初始pH值[5]。然而二者在其文獻中，均無對起始pH值的討論。筆者認為，隨著凝膠化過程的進行，水分不斷散失，溶液的pH值逐漸發生變化。pH值的最終值與初始值將會有較大差異。這一可變性，使得實驗中不以此為變量進行討論。然而檸檬酸屬于弱酸，在水溶液中存在著多級的電離平衡。隨著檸檬酸的解離，陰離子可以絡合更多的陽離子，使得膠體更穩定，不易析出金屬鹽。有文獻報導，產物隨pH值呈非線性變化，在pH=7附近有一最優值[8]。在該值處得到的產物純凈，無碳殘留。岳振星[9]認為pH值較低時，得到的膠體致密，比表面和孔容都??；在接近中性時，可以得到含大量孔結構的凝膠。
因此，溶液pH值對凝膠的影響是否重要，還有待細致的研究。
3.凝膠化及陳化
凝膠化是溶膠凝膠法的一個重要過程。在該過程中，剛剛形成的溶膠體系逐漸向凝膠凝膠轉變。凝膠化的溫度和時間都對能否成膠有著直接影響。以檸檬酸溶膠凝膠法制備[9]的實驗顯示，適當升高凝膠化的溫度，可以縮短形成凝膠的反應時間。陳化過程主要有膠體粒子的長大，膠體體積收縮和水分等溶劑的移除。經過凝膠化和陳化，溶膠變為結構穩定的凝膠，在后續的干燥和焙燒過程中也不會破壞，而影響絡合金屬離子的物化性質。溶膠的陳化過程與凝膠化過程并沒有明顯的界線。凝膠化完成后，緊接著進行膠體的陳化。經驗中，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間的確定大都根據實驗對像，實驗結果調整。各文獻在陳化時間的選取上分歧較大。郭大勇[3]等在實驗中，使用檸檬酸溶膠凝膠法，將凝膠化和陳化和并操作，時間長達48小時。其實驗結果顯示，相比于傳統凝膠法，該工藝制得的氧化物顆粒在粒徑、結晶度和抗團聚等方面有較好的表面。李意峰[4]等在實驗中沒有凝膠化過程，在80℃下陳化10小時，也獲得了分散性、結晶性較好的氧化物。
4.成膠機理分析
檸檬酸是弱酸，其多級電離受溶液pH值的影響。不同的陰離子存在形式決定了檸檬酸根的絡合能力也不相同。金屬離子與檸檬酸根離子絡合后，粒子間再經過近一步水解綜合，最終形成穩定的溶膠。不完全電離的檸檬酸根離子以非化學計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，但過量檸檬酸將影響焙燒后氧化物的物化性能。
也有文獻認為[6]，早期較小凝膠粒子通過陳化，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡狀的空間立體結構。三維網狀在焙燒過程中可以有效阻止金屬氧化物顆粒的長大。
二、結論
檸檬酸溶膠凝膠法是一種新興氧化物制備方法，具有實驗流程簡單，操作方便，成本低廉，可以精確控制氧化物的組成等優點，在氧化物制備的各個領域表現出了獨特的優勢。于些同時，其成膠機理仍末明了，因而在檸檬酸用量、pH值等操作條件上較難有統一且明確的最優操作點。隨著科研工作者對檸檬酸溶膠凝膠法成膠機理的研究，這一方法會被逐漸改進、成熟。
催化劑的研發推進了人們對復合氧化物研究，粒度細小均勻，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
[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- 凝膠法的研究和應用現狀.材料導報， 1997， 11（ 3） ： 8
[3]郭大勇，儲成林，林萍華，等. 檸檬酸對溶膠-凝膠法制備羥基磷灰石粉體的影響[J].東南大學學報（自然科學版）， 2002，32（3）：1-4.
[4]李意峰，黃劍鋒，曹麗云，等. 檸檬酸絡合法制備La2CuO4納米晶[J].無機化學學報. 2011，27（11）：2157-2161.
[5]范瑞瑞，李炎，徐流杰，等.溶膠凝膠法制備Al2O3超細粉體[J].河南科技大學學報（自然科學版）.2011，32（4）：1-4.
[6]張振莉，周亞松，宗海生，等. 鎂鋁復合氧化物載體的制備與性質研究[J]. 燃料化學學報.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. 無機材料學報， 2000， 15（ 5） ： 879.
