場(chǎng)誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)

場(chǎng)誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)第一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五包括：1）尋找新合成與制備方法的科學(xué)問(wèn)題NewStrategy；2）以適當(dāng)?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的技術(shù)問(wèn)題；3）已有材料的新合成方法（如Sol-gel）及其新形態(tài)（如Fiber、Film、HierarchicalStructures）的合成。合成與制備(synthesize&Prepare)合成：指促使原子、分子結(jié)合而構(gòu)成材料的化學(xué)與物理過(guò)程。制備:研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有用的材料。場(chǎng)：包括磁場(chǎng)；電場(chǎng)；微波；等離子體；光；聲場(chǎng)；重力場(chǎng)包括加熱等；為材料的合成與制備針對(duì)反應(yīng)提供反應(yīng)能量或者提高反應(yīng)速度或者改變反應(yīng)途徑等第二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.電場(chǎng)合成靜電合成-靜紡Electric-fieldinducedSynthesize

&Electrospinning主要內(nèi)容(Maincontents)：1.光誘導(dǎo)合成Light-inducedSynthesize&Prepare2.微波等離子合成Microwave&Plasma3.聲波合成AcousticwaveSynthesize4.重力場(chǎng)(Gravityfield)在材料合成中的應(yīng)用第三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五760nm400nm

可見(jiàn)光

電磁波譜紅外線

紫外線

射線X射線長(zhǎng)波無(wú)線電波頻率波長(zhǎng)短波無(wú)線電波無(wú)線電波Visiblelight紅外線紫外光-ray-rayElectromagneticspectra1.IntroductionLights第四頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五電磁波的范圍分子光譜MolecularSpectra第五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.光與物質(zhì)作用理論基礎(chǔ)

TheoriesofLight-excitedMaterials

2.1原子分子受光激發(fā)ExcitedAtom&Molecules

原子分子軌道；電子躍遷與輻射；分子能級(jí)圖；原子分子受光激發(fā)后變化過(guò)程

2.2半導(dǎo)體受激光激發(fā)ExcitedSemicondutors半導(dǎo)體躍遷；半導(dǎo)體受光激發(fā)的變化過(guò)程2.3金屬受激光激發(fā)ExcitedMetals第六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五FigureExcitationanddeexcitationprocessinmoleculeAbsorption~10-15sS0S2Internalconversion10-14-10-13sS1T1Fluorescence10-9-10-5InternalandExternalradiationlessconversionIntersystemcrossing10-6sChemicalreactionSingletexcitedstateTripletexcitedstateElectrontransfer（ms)Phosphorescence10-5-10-3Groundstate2.1原子分子受光激發(fā)第七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五當(dāng)基態(tài)分子的一個(gè)成對(duì)電子吸收光輻射后，被激發(fā)躍遷到能較高的軌道上，通常它的自旋方向spinningdirection不改變，即S=0，則激發(fā)態(tài)仍是單線態(tài)，即“單線(重)激發(fā)態(tài)”；

如果電子在躍遷過(guò)程中，還伴隨著自旋方向的改變，這時(shí)便具有兩個(gè)自旋不配對(duì)的電子，電子凈自旋不等于零，而等于1：S=1/2+1/2=1其多重性：M=2S+1=3

即分子在磁場(chǎng)中受到影響而產(chǎn)生能級(jí)分裂，這種受激態(tài)稱為“三線(重)激發(fā)態(tài)”；第八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五原子核外電子受不同能量光子激發(fā)后，輻射過(guò)程第九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1)平動(dòng)-平動(dòng)轉(zhuǎn)移Translation-Translation2)平動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移Translation-Rotation3)轉(zhuǎn)動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移Rotation-Vibration4)振動(dòng)-平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移Vibration-Translation5)振動(dòng)-振動(dòng)轉(zhuǎn)移Vibration-Vibration6)電子-振動(dòng)轉(zhuǎn)移Electron-Vibration7)電子-電子轉(zhuǎn)移Electron-Electron能量轉(zhuǎn)移EnergyTransfer

：Moleculeorbits&EnergyLevels

分子軌道與能級(jí)2.1原子分子受光激發(fā)第十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五IlluminationofElectronLevels、VabriationLevels、RotationLevelsElectronLevelsVabriationLevelsRotationLevels2.1原子分子受光激發(fā)第十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五量子力學(xué)理論，分子的振–轉(zhuǎn)躍遷也是量子化的或者說(shuō)將產(chǎn)生非連續(xù)譜。因此，分子的能量變化ΔE為各種形式能量變化的總和：

運(yùn)動(dòng)的分子外層電子OutlayerElectrons-吸收外來(lái)輻射-產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷–分子吸收譜Molecularabsorptionspectra。其中Ee最大：1-20eV;Ev次之：0.05-1eV;

Er最?。?lt;0.05eV2.1原子分子受光激發(fā)第十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五光源簡(jiǎn)介:普通光源;激光光源太陽(yáng)光模擬光源第十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五鹵素?zé)舻谑捻?yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五氙燈紫外燈高壓汞燈第十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(一)光誘導(dǎo)合成法

Light-inducedSynthesize5.其它光與材料合成4.激光與材料化學(xué)合成2.光與物質(zhì)作用理論基礎(chǔ)Principles1.光與激光laser簡(jiǎn)介3.激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)Laser-inducedChemicalReactions第十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.激光簡(jiǎn)介

IntroductionofLaser

近幾十年來(lái)，隨著激光技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，出現(xiàn)了一門嶄新的邊緣學(xué)科——激光化學(xué)Laserchemistry

。它和經(jīng)典的光化學(xué)反應(yīng)(Photochemistry

)一樣，是研究在光子Photon與物質(zhì)相互作剛的過(guò)程中，物質(zhì)激發(fā)態(tài)ExitedStates的產(chǎn)生、結(jié)構(gòu)、性能及其相互轉(zhuǎn)化的一門學(xué)科。第十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

特點(diǎn):1)具有亮度高、單色性好homochromatism、方向性好Orientation;2)高亮度，可以成為一種特殊熱源;

利用這種熱源:直接加熱Heating蒸發(fā)Evaporation解離Ionization

化學(xué)物質(zhì)使許多繁雜、艱難的化學(xué)操作變得簡(jiǎn)單可行；3)激光對(duì)原子、分子選擇性相互作用SelectiveReactions提供了必要條件；4)利用激光的方向性，可實(shí)現(xiàn)微區(qū)域Microarea的高溫化學(xué)反應(yīng)High-temperatureReactions。第十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五激光器類型1CO2激光器CarbonDioxideLaser2He-Ne激光器Helium-neon3氬激光器:Argonlaser4準(zhǔn)分子激光器excimerlaser5固體激光器:釹激光器:neodymiumlaser/Ndlaser6自由電子激光器FreeElectronLaser第十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五CO2Laser屬于氣體激光器，分子激光器molecularlaserWavelength9-11m，最常見(jiàn)10.6m效率高Highefficiency光束質(zhì)量好HighQuality功率范圍大（幾瓦～幾兆瓦）運(yùn)行方式多樣結(jié)構(gòu)多樣第二十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五He-NeLaser氣體原子激光器GasAtomicLaserOutput輸出譜線Spectrumline：632.8nm，1.15m，3.39m，以632.8nm為最常見(jiàn)功率在mW級(jí)，最大1W光束質(zhì)量好，發(fā)散角可小于1mrad單色性好Homochromatism

，帶寬Bandwidth可小于20HzHighstability第二十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五準(zhǔn)分子激光器

Excimerlaser準(zhǔn)分子指在激發(fā)態(tài)能夠暫時(shí)結(jié)合成的不穩(wěn)定分子高重復(fù)率可調(diào)諧量子效率高、波長(zhǎng)短，紫外到可見(jiàn)區(qū)主要的準(zhǔn)分子激光器Excimerlaser是一種紫外線化學(xué)激光器UltravioletChemicalLaser，常用于眼科手術(shù)及半導(dǎo)體工藝上。第二十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五YAGSolidLaser

YttriumAluminumGarnet石榴石Nd:YAG固體脈沖激光器主要性能指標(biāo)：Wavelength：213、266、355、532、1064nm

RepeatFrequency：1-50Hz（可調(diào)）

Energy：連續(xù)可調(diào)，Max300mJ（瞬間可融化、氣化多種材料及其表面）脈寬Pulsewidth：3-5nsEnergyLevels第二十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)ChangesofAtomsorMoleculesExcitedbyLaserCoulombexplosion庫(kù)侖裂解Relativisticregime相對(duì)論區(qū)間第二十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Timescalesofvariouselectronandlatticeprocessesinlaser-excitedsolids.Eachgreenbarrepresentsanapproximaterangeofcharacteristictimesoverarangeofcarrierdensitiesfrom1017to1022cm–3.Thetrianglesatthetopshowthecurrentstate-ofthe-artinthegenerationofshortpulsesofelectromagneticradiation:1.5fs,2.120fs(X-ray),3.0.5fs(farultraviolet).TimeScales碰撞電離第二十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五FigureElectronandlatticeexcitationandrelaxationprocessesinalaser-exciteddirectgapsemiconductor.CBistheconductionbandandVBthevalenceband.d,Carrierdistributionbeforescattering.e,Carrier–carrierscattering.f,Carrier–phononscattering.g,Radiativerecombination.h,Augerrecombination.i,Diffusionofexcitedcarriers.j,Thermaldiffusion.k,Ablation.l,Resolidificationorcondensation.a,Multiphotonabsorption.b,Free-carrierabsorption.

c,Impactionization.第二十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五中國(guó)“低空衛(wèi)士”激光系統(tǒng)第二十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五鋁背鈍化的太陽(yáng)能電池第二十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.2第二十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五用各種波長(zhǎng)激光（紅外、可見(jiàn)、紫外）誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)大約有幾百種。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，激光誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理也不相同:

例如：紅外激光InfraredLaser誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng):紅外敏化反應(yīng)Infrared

sensitizedReactions;振動(dòng)異構(gòu)化反應(yīng)Isomerizationreaction;紅外異相催化反應(yīng)Heterocatalysis;紅外誘導(dǎo)鏈反應(yīng)Chainreaction;紅外光解范德華分子反應(yīng)PhotolysisVanderWaalsMolecules;紅外多光子離解反應(yīng)Multiphotondissociation;紅外多光子離解反應(yīng)要求激光必須有足夠高的強(qiáng)度（至少108瓦/平方厘米）。

3.激光如何誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)

1).激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)是指在常溫常壓下不能進(jìn)行但在激光的照射下可被誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。激光具有單色性、高強(qiáng)度和短脈寬等優(yōu)越性能，是誘發(fā)光化學(xué)反應(yīng)最理想的光源。2)激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)主要是指激光光解反應(yīng)Laser-inducedPhotolysis以及由光解碎片splinter引起的后續(xù)化學(xué)反應(yīng)，例如，自由基Freeradical或原子Atom，所產(chǎn)生的自由基又可以誘發(fā)鏈鎖反應(yīng)Chainreaction。第三十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

紅外激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)中，激光的作用不是簡(jiǎn)單的熱作用，而是紅外光子同分子內(nèi)的特定鍵或振動(dòng)膜之間發(fā)生共振耦合。紅外激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)是一種定向的Orientation、低反應(yīng)活化能Lowactivationenergy的快速過(guò)程，具有高度的選擇性Selectivity。以三氯化硼分子為例，該分子的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)v3(955cm-1)。當(dāng)用低功率的二氧化碳紅外激光（λ＝10.55微米)輻照含有BCl3分子的混合氣體時(shí)，將誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。如混合氣體為BCl3＋H2S，常溫常壓下不發(fā)生反應(yīng)。在激光輻照時(shí)，使B-Cl鍵被激發(fā)，并發(fā)生以下反應(yīng)過(guò)程：

3BCl2SH→（BClS）3＋3HCl

（BClS）3→B2S3＋BCl3

第三十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五反應(yīng)物分子被激發(fā)至電子激發(fā)態(tài)excitedelectronicstate絕大多數(shù)分子的離解能Dissociationenergy在60～752.4kJ.mol-1或3～7eV之間，這就需要波長(zhǎng)為400～140nm的紫外光輻照才行。原則上講，只要選擇合適波長(zhǎng)的激光，任何分子都能被光解，對(duì)同一分子來(lái)說(shuō)，不同波長(zhǎng)的激光輻照時(shí)有可能按不同的方式光解。例如，激光法生產(chǎn)氯乙烯（C2H3Cl）：C2H4Cl·＋Cl·

C2H3Cl＋Cl·這是一個(gè)紫外激光誘導(dǎo)的自由基鏈反應(yīng)radicalchainreaction，關(guān)鍵是二氯乙烷被準(zhǔn)分子激光光解所引發(fā)。激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)已用于10余種同位素的分離。

C2H4Cl2hvC2H4Cl2＋Cl·→C2H3Cl2·＋HCl

C2H3Cl2·→C2H3Cl＋Cl·

紫外或可見(jiàn)激光光解反應(yīng)Ultraviolet&VisibleLaser-inducedReactions第三十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五光電離Photoionization1）光直接電離DirectlyPhotoionization分子電子直接被激發(fā)出2)自電電離分子被激發(fā)到高于電離能的超激發(fā)態(tài)superexcitedstates，然后被微擾Disturbance電離一個(gè)離子ion和電子electron的狀態(tài)第三十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.激光與材料制備

MaterialsofLaser-inducedSynthesise4.1激光催化化學(xué)反應(yīng)Laser-inducedCatalyticChemicalReactions4.2激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)Laser-inducedChemicalReactions4.3激光選擇化學(xué)反應(yīng)Laser-inducedSelectiveChemicalReactions

4.4激光顯微化學(xué)反應(yīng)Laser-inducedMicroareaChemicalReactions4.5激光合成陶瓷粉體CeramicPowderofLaser-inducedSynthesis4.6脈沖激光沉積鍍膜

PulseLaser-inducedDepositionFilms4.7其它高能射線HighEnergyRays在材料合成中的應(yīng)用第三十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.Laser-inducedCatalyticChemicalReactions

激光催化加快化學(xué)反應(yīng)速度表1列舉了一些激光催化反應(yīng)的效果。第三十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.2Laser-inducedChemicalReactions

光解制備氧化物半導(dǎo)體FastSynthesisofZnONanostructuresbyLaser-InducedDecompositionofZincAcetylacetonatePresentingveryattractiveengineeringpropertieslikelargeexcitonbindingenergy,photoluminescence,andpiezoelectricitywhilebeingeasilysynthesizableinaplentyofdifferentmorphologiesinsingle-crystalform,nanostructuredzincoxidehasbecomeoneofthemoststudiedsemiconductornanomaterialsofthebeginningofthe21stcentury.Becauseoftheirgreatpotentialforthefabricationofnewdevices,inparticularforoptoelectronicandgassensingapplications,1DZnOnanostructureshaveattractedmuchattention，orientedZnOmicrotubearrayshavebeengrownbysolutionchemistryforbio-/gassensorsbytheselectiveUVlightresponse.

第三十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.Schematicdepictionofthesynthesisprocess.(A)Laser-induceddecompositionofprecursorsolution.(B)Detailofthereactionzonewiththedifferentnanostructuresobtained.SolutionPreparation.

Aquantityof0.4gofzincacetylacetonatehydrate[?siti'l?sit?u,neit]乙酰丙酮(Zn(C5H7O2)2?H2O,>95%purity)wasmanuallymixedwith2mLofdeionizedwaterand2mLofdenaturedethanol(EtOH85.47%,MeOH13.68%,EtOAc0.85%)for5min,formingaslurryof0.355MofZn(AcAc)2?H2O.ThepHofthesolutionwasmeasuredtobe8.25.AfewdropsofthesolutionwasthentransferredtoafusedquartzsubstrateLaserDecomposition.ACO2laser=10.6m,第三十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure(A)Low-magnificationviewofdepositgrownat20W,2s;(B)nanoparticlefilm;(C)nanowires;(D)nanorodsgrownatthesameparameters.Onlyafewsecondsofirradiation,variouszincoxide(ZnO)nanostructuresincludingnanorodsandnanowiresareformednearthecenteroftheirradiatedzone,surroundedbyaporousthinfilmofZnOnanoparticlesindeterminateshapewithaveryroughsurfaceinthecenter.

nanoparticleaggregatesRidges:nanowiresnanorodsDifferentZone第三十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.Influenceoflaserpowerondepositmorphologyataconstantirradiationtimeof10s:(A)5W,40W/cm2;(B)10W,80W/cm2;(C)15W,119W/cm2;(D)20W,159W/cm2.Thetypeofstructuresproducedandtheirlocalizationonthesubstratecanbevariedbyselectingadequateirradiationtimeandlaserpowerranges.crystallinewhiskersanaveragelength:1.3umanaveragewidthof167nmmorerandomlygrownZnOwhiskerscanbeseen第四十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.SEMimagesofnanowiresandnanonailsgrownwithdifferentlaserirradiationparameters:(AandB)20W,5s;(CandD)20W,2s.Thetypeofstructuresproducedandtheirlocalizationonthesubstratecanbevariedbyselectingadequateirradiationtimeandlaserpowerranges.UVlasinghasbeenobservedfromZnOwhiskersandgas-sensingdevices,andUVphotodiodesweremadefrommultipod-shapednanorods.Nanowires:4.4umfurtherawayfromthecenterofthereactionzonewidthof47nmNanoplatesandnanonailswithhexagonaltipsbetween100and300nmwideanassortment

ofnanowire第四十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Laser-InducedMutualTranspositionoftheCoreandtheShellofaAu@PtNanosphere

Noble-metalclustersandcolloidswithnanometerdimensions,exhibitingnewopticalandphysicalproperties,haveattractedagreatdealofinterest.光誘導(dǎo)制備納米晶金屬Thedesignandcontrolledfabricationofnanostructuredmaterialswithfunctionalpropertieshavebeenextensivelystudiedrecently.

Nanostructuredmetalsattractconsiderableattentionscientificallyaswellasindustriallybecausetheycanbeusedindiverseapplicationssuchascatalysts,magneticdevices,singleelectrontransistors,andoptoelectronics.

第四十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.Illustrationofprocessestakingplaceinaplatinum-toppedgoldnanosphereduringirradiationwith1064-nmlaserpulsesof30ps.Theblackindicatesgold,whilethegrayindicatesplatinum.1)Thethermalizedphotonenergyofplatinum-plasmonresonances

meltssmallplatinumnanoparticlessurroundingthecoregoldtoconvertthetoppednanosphere

intoasmoothAu@Ptcore-shellnanosphere.2)Goldhavingthelowermeltingpointmeltsandsoaksouttothesurfacewithfurtherirradiationtoproduceareversedcore/shellPt@Aucore-shellnanosphere.Theopticalpropertiesofplatinum,palladium,silver,andgoldcolloidalnanoparticleshavereceivedconsiderableattentionbecauseofthisplasmonband.第四十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.TEM(A)andHRTEMimages(B)ofplatinum-toppedgoldnanoparticlesbefore(left)andafterirradiation(right)with1064-nmlaserpulsesof30psfor120min.Notethattheactualparticlestransformedintotheparticlesoftherightaredifferentfromthoseoftheleft.1)Aqueous15-nmgoldcolloidsof50mLhavingsurfactant-freegoldnanospheres

agoldatomicconcentrationof1.0mMwerepreparedbythecitrate檸檬酸

reductionofHAuCl4。

2)platinum-toppedgoldnanoparticleswerepreparedbyadding21mLofa10mM2-day-agedH2PtCl6aqueoussolutionand8mLofa100mL-ascorbicacid抗壞血酸

aqueoussolutionto30mLoftheabove-preparedgoldcolloidsundervigorousstirring.

ExperimentalSectionsCitraticAcidascorbicacid2-nmPt第四十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure1.(A)Picturesofdriedfilm120,40,and60minafterthe355nmlaserirradiation.(B)Pictureofformicacid-dopedfilm(degreeofdoping6wt%)containingBPandHAuCl45minafterthe355nmlaserirradiation.AccelerationofLaser-InducedFormationofGoldNanoparticlesinaPoly(vinylalcohol)FilmPVA(Mw)(8.9-9.8)x104),BP,2-mercaptoethanesulfonate,2-巰乙基磺酸Polyvinylalcohol第四十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五反應(yīng)歷程：Reactionmechanismformicacid-dopedBPH?

radicalPVAradical第四十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Laser-InducedSelf-AssemblyofPseudoisocyanineJ-AggregatesYoshitoTanaka

isocyanine[ais?u'sai?ni:n]異花青Pseudo[‘psju:d?u]偽-Laser-InducedOrganicMoleculesSelf-AssemblyA1064nmnear-infrared(NIR)laserbeamfromacontinuouswaveNd-YAGlaserwasintroducedintoaninvertedmicroscopeandfocusedona520nmspotbya100Plan-Neofluarobjectivelens光誘導(dǎo)異構(gòu)化反應(yīng)花青第四十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.3.激光選擇化學(xué)反應(yīng)

Laser-inducedselectivechemicalreaction2

有些化學(xué)反應(yīng)(熱反應(yīng)、經(jīng)典光化學(xué)反應(yīng)等)在通常條件下是一種方向，而在激光的作用下則會(huì)改變反應(yīng)方向?；蚴窃诨旌衔镏?，或是同位素中，激光能激發(fā)某些原于、分子或同位素，而其余則不被激發(fā)，這種反應(yīng)稱之為定向反應(yīng)或選擇化學(xué)反應(yīng)。激光選擇化學(xué)反應(yīng)已成了無(wú)機(jī)物分離提純的全新技術(shù)手段。第四十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

激光選擇分離稀土元素稀土元素的化學(xué)性質(zhì)是非常近似的。用化學(xué)方法分離，不但工藝繁雜，而且效率低，成本高。美國(guó)海軍研究所Donohue等人用準(zhǔn)分子激光器的紫外輸出引發(fā)液相中的稀土元素反應(yīng)，成功地分離了銪和鈰。第四十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

氧化態(tài)的變化會(huì)引起溶解度、可萃取性或反應(yīng)性的變化，再用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法就可達(dá)到分離之目的。例如，用氟化氬激光器193nm的紫外光輸出激光激發(fā)Eu3+的水溶液，可使Eu3+還原為Eu2+，再用SO42-沉淀，而鈰留在溶液之中。反應(yīng)為：

在0.01mol/L的Ce稀土溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用250nm的激光照射稀土溶液，就會(huì)發(fā)生光氧化反應(yīng)，再用IO3-沉淀，反應(yīng)為：

4第五十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

利用激光的方向性可實(shí)現(xiàn)顯微化學(xué)反應(yīng)，這在集成電路和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)中可用于修補(bǔ)、掃描無(wú)掩膜光刻、歐姆接觸及局部摻雜等。4.4激光顯微化學(xué)反應(yīng)（a)激光化學(xué)沉積（LCVD）化學(xué)氣相沉積(CVD)是晶體生長(zhǎng)和薄膜生長(zhǎng)的一種有效技術(shù)，它是通過(guò)加熱置于氧化或還原氣氛中的基板進(jìn)行氣相沉積，通常在整個(gè)基板表面上都有沉積發(fā)生。CVD特點(diǎn)：基板進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱，因此不能避免雜質(zhì)的遷移和來(lái)自基板的自摻。

LCVD優(yōu)點(diǎn)：不用直接加熱整塊基板，可按照需要進(jìn)行沉積。空間選擇性好，甚至可使薄膜生長(zhǎng)限制在基板的任意微區(qū)上。局部可控沉積

第五十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五激光沉積與化學(xué)氣相沉積相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)激光學(xué)沉積面積只有10-4cm2，而化學(xué)氣相沉積則是數(shù)個(gè)cm2。(2)SiH4的壓力比化學(xué)氣相沉積高2-3數(shù)量級(jí)。沉積速率比化學(xué)氣相沉積快2-3數(shù)量級(jí)。SiH4/ArCO2激光作用熱源石英片作基板1000-1200℃硅沉積在石英片Si-SiO2美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)Christensen第五十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.5激光合成精細(xì)陶瓷粉末m美國(guó)麻省理工學(xué)院的能量及材料加工實(shí)驗(yàn)室的J.Haggar等人CO2激光器(10.6m)SiH4和NH3混合氣體(強(qiáng)吸收10.6m光子)在同樣條件下也可合成SiC粉末：m氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。它是一種超硬物質(zhì)，本身具有潤(rùn)滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時(shí)抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會(huì)碎裂。第五十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

激光合成精細(xì)陶瓷粉末的基本原理：1）利用了反應(yīng)物對(duì)激光的強(qiáng)吸收性，用吸收的能量引發(fā)氣相化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)精細(xì)粉末。2）生成物最好對(duì)激光不吸收或很少吸收。特點(diǎn)：a.反應(yīng)區(qū)界限很分明，而且范圍小；

b.具有反應(yīng)氣體均勻快速的加熱率；

c.具有生成物的快速冷卻率；

d.具有反應(yīng)溫度的閾值；當(dāng)溫度高于這一值時(shí)，反應(yīng)快速進(jìn)行，均勻成核。綜上所述：激光在無(wú)機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用是非常廣泛的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和激光技術(shù)的發(fā)展，光技術(shù)一定會(huì)在無(wú)機(jī)化學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。第五十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.6脈沖激光沉積鍍膜

PulseLaser-inducedDepositionFilmsPulseExcimerlaser所產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦作用于靶材料表面，使靶材料表面產(chǎn)生高溫及熔蝕，并進(jìn)一步產(chǎn)生高溫高壓等離子體（T≥104K）HighTemperatureandHighPressurePlasma,這種等離子體定向Orientation局域膨脹發(fā)射并在襯底上沉積而形成薄膜。脈沖激光沉積鍍膜示意圖優(yōu)點(diǎn)：①易于保證鍍膜后化學(xué)計(jì)量比的穩(wěn)定②反應(yīng)迅速，生長(zhǎng)快。③定向性強(qiáng)、薄膜分辯率高，能實(shí)現(xiàn)微區(qū)沉積④生長(zhǎng)過(guò)程中可原位引入多種氣體⑤易制多層膜和異質(zhì)膜⑥易于在較低溫度下原位生長(zhǎng)取向一致的結(jié)構(gòu)和外延單晶膜第五十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五ScanningelectronmicroscopymicrographsofthedepositedfilmsrevealedthatPTFEgrainswereuniformlygrownonthecottonsurfacewithanaveragegrainsizeofabout50–70nm.usingaKrF248nmexcimerlaserThelaserenergywasfixedat1J/cm2Pulsedlaserdeposition(PLD)wasutilizedtodepositpolytetrafluoroethylene(PTFE)thinfilmsoncellulosiccottonsubstratesatroomtemperature.acellulosiccottonfiberPTFEdepositedonacottonfiber.第五十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五ThePTFE-coatedfibersshowedsuperhydrophobicpropertiesasevidencedbyawatercontactangleof151-comparedtoa0-contactangleforpristinecellulosiccottonsubstrates.第五十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（a）（b）A=155；r=137（a）（b）（c）（d）AFMimages(a,b)ofsquarepostswithdirectionalchannelsbylaserablation(a)three-dimensionalAFMimageofsquarepostswithdirectionalchannels(b)analysisresultofline-section(c)dimensionalAFMbymagnifiedimageofsquarepostswithdirectionalchannelsPhotographofthelaser-ablatedSisurfacewithanisotropicwettability(a)andwatercontactanglebetweenthewaterdropletandtheSisurfacewithanisotropic(b)Schematicoutlineofdirectionalmicrometerscalechannelslaser-illuminatedmetalcoatonSisurface第五十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.7其它高能射線在材料合成中的應(yīng)用1）紫外線誘導(dǎo)過(guò)渡金屬離子還原為原子TiO2Ag+/Au3+TiO2AgAgAgAgAgAghv光還原反應(yīng)Ag抗菌材料廣泛應(yīng)用于電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器械等方面第五十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.(a)TEMimageoftheplateliketriangulargoldnanoparticlespreparedbyirradiatinganaqueoussolutioncontaining10-4mol/lHAuCl4and3wt%PVAfor48hwiththe235.4nmultravioletirradiation.(b)Correspondingelectrondiffraction(ED)pattern.2)可以可控制備過(guò)渡金屬納米晶第六十頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.TEMimageofthehexagonal-shapedgoldnano-particlespreparedbyirradiatinganaqueoussolutioncontain-ing10-3mol/LHAuCl4and3wt%PVAfor48hwiththepresentultravioletirradiation.第六十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五Figure.(a)TEMimageofthequasi-ellipsoidalshaped