金属氧化物范文
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导语：如何才能写好一篇金属氧化物，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
1、金属氧化物是指氧元素与另外一种金属化学元素组成的二元化合物，如氧化铁（Fe2O3）、氧化钠（Na2O）等。
2、氧化物包括碱性氧化物、酸性氧化物、过氧化物、超氧化物、两性氧化物。
3、金属氧化物在日常生活中应用广泛。生石灰是一种常用的干燥剂，也可用于消毒；氧化铁(Fe?O?)俗称铁红，可作红色颜料；一些工业过程中应用的催化剂也是金属氧化物。金属氧化物是金属元素和氧元素结合形成的化合物。包括铂，金在内的所有金属都有相应的金属氧化物。
（来源：文章屋网 ）
篇2
关键字： MOA； 失效模式； 内因分析； 外因分析
中图分类号：TM206 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
1 内因分析
MOA失效的内因分析就是研究压敏电阻的微观失效原理。ZnO压敏电阻的非线性保持能力与晶粒的大小和晶界结构的均匀性有关，非线性源于晶界效应。当突破了失效的多个局部临近点，才会有可能导致热崩溃的阻值退化，以及局部热穿孔、电穿孔乃至炸裂失效，这说明了平均功率和热阻是影响电阻特性和寿命的两个重要指标。由公式可知，阀片的非线性系数 比较小时，串并联中的各级阀片发热分布是不平衡的。
（1）
式（1）中， 和 表示流过电流为 时换算得到的单阀片两端电压。从公式中可以看出，当其非线性系数降低到一定值时，电压分布的微小差异将导致电流的分布差异很大，由此说明： 某单一阀片的失效将会使得其它各阀片的发热极为不平衡。
在电网中，MOA工作时经常会受到不同程度的冲击，如果冲击强度比较小时，泄漏区域段的伏安特性会出现“极化”现象，此阶段是可逆的。低电压情况下电阻的泄漏区域无大的改变，一定条件下可以恢复。
如果冲击强度过大，可能导致MOV的晶界层势垒发生不可逆转的变化，一些较为薄弱的势垒将被破坏，再次遭遇强电流冲击时，MOV的保护特性将发生变化，如果更加严重，就处于失效状态了。在技术规范《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB11032-2010）中，规定了压敏电压 下降10%的电压值（这里表示为 ）作为判断MOA失效的临界电压值[1]。
除了强电流的冲击作用，系统正常工作电压 对MOA长期的累积效应，也会造成压敏电阻的伏安特性发生一定程度的劣化，相对工频电压而言，避雷器的泄漏电流中既含有阻性分量，也含有容性分量。与容性分量相比，虽然泄漏电流中阻性分量要小很多，然而随着MOA使用年限的不断增加，功率损耗可能逐渐增大，也使得压敏电阻产生老化甚至劣化现象。
另一方面，连续冲击电流产生功率损耗，功率损耗的累计增加引起避雷器内部温升，会进一步加速压敏电阻的老化。在过去，评定压敏电阻性能，往往看重通流指标，忽略或不够重视平均功率和热阻这两个参数，最终往往导致避雷器使用不当，压敏电阻的失效概率增大。
2 外因分析
MOA的状态主要是与外部参数的配合关系决定的，若其非线性电阻特征曲线稳定，即小时域内，避雷器的工作状态由电网参数决定；若其特征曲线从大时域来看发生变化，则是受电网长期过电压以及外部环境所致。下面对外部影响参数分别加以分析。
（1）瓷套污秽
MOA在较大污秽情况下运行可能发生三种情况：即外部闪络现象，内部的局部放电，以及内部电阻片的温度升高。其中，放电效应是由避雷器内外径向电场改变或分布不均匀引起的，而ZnO阀片的温升则是由MOA外表面上的污秽层引起的非线性的暂态电压分布所导致的。阀片电流密度J随时间的变化特征与电场强度的变化密切相关[2]，当遭遇到较大的脉冲电压后，其响应为：
（2）
由此可以说明，阀片周围的电场强度会影响阀片的电流密度，进而改变阀片电阻的非线性特性，而瓷套的污秽可以改变阀片周围的电场强度大小以及分布的不均匀性。
（2）受潮
经过试验表明，MOA内部受潮直接造成阀片外表壁电流增大，功耗增加，散热增大，导致电阻片更易被热击穿或热穿孔，加速了MOA老化过程，同时由于避雷器瓷套内部温度骤增，可能使得内部压强过大而发生爆炸。此外，瓷套外壁的过度潮湿将对瓷套内间隙的电容分布造成影响，从而造成避雷器的动作特性降低，稳定性变差，保护动作频度增加，更易受到暂态过电压危害，进一步加速避雷器老化乃至失效[3]。
（3）强电流冲击
强电流冲击对避雷器的影响较大，因此雷击次数也是避雷器在线监测的一个重要指标。
（4）电网参数
暂态过电压和各次谐波对无间隙MOA影响较大。无间隙MOA的拐点电压（这里近似将参考电压作为拐点电压）偏低，仅为2.21～2.56倍的最大相电压 ，而暂态过电压可达2.5～3.5倍 [4]。
（5）机械振动
自然灾害（如台风、地震等）也有可能造成避雷器的安装损坏，从而影响避雷器的运行。
3 结论
通过MOA内因分析，只有突破了失效的多个局部临近点，才会有可能导致热崩溃的阻值退化，以及局部热穿孔、电穿孔乃至炸裂失效，这说明了平均功率和热阻是影响电阻特性和寿命的两个重要指标。通过外因分析，各项条件的改变，会改变MOA运行情况下的工作特征，尤其是电容电感特性，电位分布不均匀性，系统性和特性表征的外因主导性，从而使MOA逐步失效。
参考文献：
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篇3
关键词：金属氧化物避雷器泄漏电流测试泄漏电流分析判断
中图分类号：U224.2+5 文献标识码：A
一前言
近年来，金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统一次设备的换代保护设备。由于MOA没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过MOA各个串联电阻片，这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻片的老化程度。如果MOA在负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成MOA的击穿损坏。所以监测运行中MOA的工作情况，正确判断其质量状况是非常必要的。MOA的质量如果存在问题，那么通过MOA电阻片的泄漏电流将逐渐增大，因此我们可以把测量MOA的泄漏电流作为监测MOA质量状况的一种重要手段。
二泄漏电流测量仪器原理
常见的MOA泄漏电流测量仪器按其工作原理分两种：容性电流补偿法和谐波分析法。
1、容性电流补偿法
容性电流补偿法是去掉与母线电压成π/2相位差的容性电流分量，从而获得阻性电流。
2、谐波分析法
谐波分析法是采用数字化测量和谐波分析技术，从泄漏电流中分离出阻性电流基波值。
三泄漏电流测试方法
1、在线监测
在线监测就是利用在线监测仪器或在线监测系统，比如带毫安表的放电计数器，不间断地监测MOA的泄漏总电流或阻性电流，当发现泄漏电流有增大趋势时，再做带电检测或停电试验，从而预防发生事故。
2、定期带电检测
MOA的定期检测是指在不停电情况下定期测量避雷器的泄漏电流或功率损耗，然后根据测试数据对避雷器的运行状况作出分析判断，对隐患作到早发现早处理，确保电网的安全运行。
四影响MOA泄漏电流测试结果的几种因素分析
1、MOA两端电压中谐波含量的影响
谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响MOA阻性电流IRP的测量值，谐波状况不同，可能使测得的结果相差很大。而阻性电流基波峰值IRIP则基本不受谐波成份影响，因此建议现场测试分析判断时应以阻性电流基波峰值IRIP为准。
2、MOA两端电压波动的影响
由于电力系统的运行情况在不断变化，特别是系统电压的变化对MOA的泄漏电流值影响很大。因此在对MOA泄漏电流进行横向或纵向比较时，应详细记录MOA两端电压值，据此正确判定MOA的质量状况。
3、MOA外表面污秽的影响
MOA外表面的污秽，除了影响电阻片的电压分布而使其内部泄漏电流增加外，其外表面泄漏电流对测试精度的影响也不能忽视。污秽程度不同，其外表面的泄漏电流对MOA的阻性电流的测量影响也不一样。由于MOA的阻性电流较小，即使较小的外表面泄漏电流也会给测试结果带来误差，因此应尽量排除外表面污秽的影响。
4、温度对MOA泄漏电流的影响
由于MOA的氧化锌电阻片在小电流区域具有负的温度系数及MOA内部空间较小，散热条件较差，有功损耗产生的热量会使电阻片的温度高于环境温度，因此会使MOA的阻性电流增大，资料表明电阻片在持续运行电压下从+20℃～+60℃，阻性电流要增加79%。实际运行中的MOA电阻片温度变化范围是比较大的，阻性电流的变化范围也很大。
5、湿度对测试结果的影响
湿度比较大的情况下，一方面会使MOA瓷套的泄漏电流增大，同时也会使芯体电流明显增大，尤其是雨雪天气，MOA芯体电流能增大1倍左右，瓷套电流会成几十倍增加。MOA泄漏电流的增大是由于MOA存在自身电容和对地电容，MOA的芯体对瓷套、法兰、导线都有电容，当湿度变化时，瓷套表面的物理状态发生变化，瓷套表面和MOA内部阀片的电位分布也发生变化，泄漏电流也随之变化。
6、运行中三相MOA的相互影响
由于运行中呈一字形排列的三相MOA，相邻相通过杂散电容等的影响，使得两边相MOA底部的总电流相位发生变化，其值与MOA的安装位置有关，MOA相间距离越近，影响越大，一般两边相MOA底部总电流相位变化3°左右，在运行电压下，MOA底部总电流的相角每变化1°，则阻性电流基波数值变化15%左右。在实测中，应考虑这一因素的影响。
7、测试点电磁场对测试结果的影响
测试点电磁场较强时，会影响到电压U与总电流IX的夹角，从而会使测得的阻性电流峰值数据不真实，给测试人员正确判断MOA的质量状况带来不利影响。
五MOA质量状况的判断方法
1、参照标准法
由于每个厂家的阀片配方和装配工艺不同，所以MOA的泄漏电流和阻性电流标准也不一样，测试时可以根据厂家提供的标准来进行测试。若全电流或阻性电流基波值超标，可初步判定MOA存在质量问题，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据作出最终判断。
2、横向比较法
同一厂家、同一批次的产品，MOA各参数应大致相同，如果全电流或者阻性电流差别较大，即使参数不超标，MOA也可能有异常。
3、纵向比较法
对同一产品，在同样的环境条件下，不同时间测得的数据可以作纵向比较，发现全电流或阻性电流有明显增大趋势时，应缩短检测周期或停电作直流试验，以确保安全。
4、综合分析法
在实际运行中，有的MOA存在劣化现象但并不太明显时，从测得的数据不能直观地判断出MOA的质量状况。根据现场经验，对MOA测试数据进行综合分析时，一般应先看全电流，再看阻性电流，三看谐波含量，然后看夹角，对各项参数作系统分析后，判定出MOA的运行情况。
六结论与建议
1、对新投运的110kV以上MOA，有条件的尽可能安装在线监测仪，以便在巡视时观察运行状况，防止泄漏电流的增大。
2、不同生产厂家，对同一电压等级的MOA在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定MOA质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。
3、电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重都会引起MOA总电流、阻性电流和功率损耗的增大，这是应该注意的。
4、谐波含量偏大时，会使测得的阻性电流峰值IRP数据不真实，而阻性电流基波IRIP值是一个比较稳定的值，因此在谐波含量比较大时，应以测得的IRIP值为准。
5、在带电测试时，对发现异常的MOA，在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测取1mA直流参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊MOA是否质量合格。确认MOA存在质量问题，应及时妥善处理。
参考文献：
篇4
关键词: 薄膜晶体管;氧化铟镓锌;氧化物;器件结构
中图分类号:TN383.+1文献标识码: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
近年来随着液晶显示器尺寸的不断增大,驱动电路的频率不断提高,现有的非晶硅薄膜晶体管迁移率很难满足需求,非晶硅薄晶体管的迁移率一般在0.5左右,液晶显示器尺寸超过80in,驱动频率为120Hz时需要1cm2/V・s以上的迁移率,现在非晶硅的迁移率显然很难满足。高迁移率的薄膜晶体管有多晶硅薄膜晶体管和金属氧化物薄膜晶体管,其性能的比较如表1所示,尽管对多晶硅薄膜晶体管研究比较早,但是多晶硅薄膜晶体管的均一性差,制作工艺复杂[1-3];金属氧化物IGZO TFT迁移率高、均一性好、透明、制作工艺简单,可以更好地满足大尺寸液晶显示器和有源有机电致发光的需求,备受人们的关注,成为最近几年的研究热点[4-11]。
1 非晶金属氧化物IGZO
非晶金属氧化物IGZO由In2O3、Ga2O3和ZnO构成,禁带宽度在3.5eV左右,是一种N型半导体材料。In2O3中的In3+可以形成5S电子轨道,有利于载流子的高速传输,电子的迁移率在35cm2/V・s;Ga2O3有很强的离子键,可以抑制O空位的产生;ZnO中的Zn2+可以形成稳定四面体结构,可以使金属氧化物IGZO形成稳定的非晶结构。因此,金属氧化物IGZO适用于制作高迁移率薄膜晶体管。
1.1 光照的稳定性
非晶金属氧化物IGZO在可见光照射下具有很好的稳定性。2008年SID密歇根州大学报道了非晶金属氧化物IGZO光照的稳定性[12],非晶金属氧化物IGZO在420nm以上波长照射时,非晶金属氧化物IGZO TFT的I-V曲线非常稳定,在低于420nm以下的紫外光照射时,非晶金属氧化物IGZO的I-V曲线开始大幅度漂移,很不稳定。因为紫外光的能量高于非晶金属氧化物IGZO的禁带宽度,致使非晶金属氧化物IGZO 薄膜晶体管的I-V曲线发生漂移。2010年LG在SID上发表了非晶金属氧化物IGZO光照稳定性的研究[13],其结果表明非晶金属氧化物IGZO 薄膜晶体管在4,500nit光照下I-V曲线和没有光照的I-V曲线几乎是一样的,非晶金属氧化物IGZO的透光率非常好,在90%以上。
1.2 弯曲性能
非晶金属氧化物IGZO TFT具有很好的弯曲性能,可以用来制作柔性显示, 同时还具有良好的电学性能和稳定性,在未来的柔性显示市场具有广阔的应用前景。
2010年台湾国立交通大学在SID发表了最新的弯曲性能研究成果[14],成果表明,曲率半径在40mm以下时,非晶金属氧化物IGZO的电学特性如Ion、Ioff以及Igs几乎不发生改变,展现出良好的弯曲性能,可以用来制作柔性显示。
1.3 稳定性
非晶金属氧化物IGZO TFT在空气中不稳定,对氧气和水蒸气很敏感。三星技术研究所在2010年透明金属氧化会议上公布了使用非晶金属氧化物IGZO作薄膜晶体管的研究成果[15],非晶金属氧化物IGZO TFT制作的显示面板分别在干燥空气、潮湿空气和氮气中进行试验,发现在干燥空气环境中非晶金属氧化物IGZO面板性能有所下降,在潮湿空气环境中非晶金属氧化物IGZO面板显示质量严重恶化,在氮气环境中非晶金属氧化物IGZO面板显示质量几乎没有改变。
在干燥空气和潮湿空气环境中,非晶金属氧化物IGZO面板显示质量下降的原因是氧气和水蒸气透过非晶金属氧化物IGZO上面的保护层,使非晶金属氧化物IGZO性能恶化,因此非晶金属氧化物IGZO TFT需要高质量的非晶金属氧化物IGZO保护膜。
1.4 制作工艺
非晶金属氧化物IGZO薄膜可以通过溅射的方式沉积,这种方式工艺稳定性好,同时也可以与目前制作液晶显示用的溅射设备形成很好的匹配。
2009年夏普公司在IDW会议上公布了通过溅射工艺制作非晶金属氧化物IGZO薄膜的研究成果[16],研究成果表明,通过溅射方法沉积非晶金属氧化物IGZO薄膜在50μm时,非晶金属氧化物IGZO薄膜内的In、Ga、Zn原子成分的百分比几乎不变;对连续沉积1μm和50μm后的非晶金属氧化物IGZO薄膜的TFT进行电学特性测试,I-V曲线重合在一起,上述结果表明非晶金属氧化物IGZO薄膜非常适合使用溅射工艺制作。
一般采用湿法刻蚀方法形成非晶金属氧化物IGZO图案,使用的刻蚀液可以是H2SO4、H3PO4或者H2O2,都可以满足湿法工艺的需求[17],根据所采用的制作非晶金属氧化物IGZO 薄膜结构及源漏金属电极材料,可以选择不同的刻蚀液。
2 金属氧化物IGZO TFT结构
目前金属氧化物IGZO TFT的结构主要有刻蚀阻挡型(etch stop type)、背沟道刻蚀型(back channel etch type)和共面型(coplanar type)三种类型,其结构特点及优缺点如表2所示。
刻蚀阻挡型金属氧化物IGZO TFT制作工艺简单,金属氧化物IGZO上的刻蚀阻挡层,可以在形成源漏金属电极时保护金属氧化物IGZO层不被破坏,从而提高金属氧化物IGZO TFT的性能,但是需要一次额外的光刻工艺形成刻蚀阻挡层,增加了金属氧化物IGZO TFT的制作工艺流程。制作刻蚀阻挡层的材料一般是SiNx或者SiOx。2010年索尼公司公布了一款采用刻蚀阻挡型制作的11.7in高清晰有源发光二极管显示器[18],表现出良好的显示性能。
背沟道刻蚀型薄膜晶体管是目前液晶显示器中采用的主流结构[19],制作背沟道刻蚀型金属氧化物IGZO TFT工艺流程比较简单,比刻蚀阻挡型少一次光刻,可以减少设备的投资,提高生产效率,与现在制作非晶硅薄膜晶体管的设备匹配性好,易转型,可减少设备投资。由于金属氧化物IGZO层没有保护层,在形成源漏金属层时很容易对金属氧化物IGZO层造成破坏,从而损害了金属氧化物IGZO TFT的性能,因此一般生产厂商不直接采用此种结构,但可以通过改变源漏金属层沉积和刻蚀工艺来改善上述缺陷。2009年,Semiconductor Energy Laboratory 公司在SID公布了一款4in使用背沟道刻蚀型制作金属氧化物IGZO TFT的有源发光二极管显示器[20],展现出良好的显示性能。
共面型金属氧化物IGZO TFT由于金属氧化物IGZO层在源漏金属电极的上面,从根本上避免了在形成源漏金属电极工艺中对金属氧化物IGZO层的破坏,与刻蚀阻挡型制作金属氧化物IGZO TFT相比还少了一次光刻工艺,因此可以减少设备的投入,并且此种制作金属氧化物IGZO TFT的方式与目前主流制作非晶硅薄膜晶体管的设备匹配性好。2010年友达公司在SID会议上公布了采用此种方式在6代液晶生产线上制作的32in大尺寸液晶显示器[21],表现出良好的显示性能。
3 改善非晶金属氧化物IGZO TFT的性能方法
非晶金属氧化物IGZO 薄膜晶体管的性能直接影响着显示画面的品质,尤其是有源发光二极管显示对非晶金属氧化物IGZO 薄膜晶体管性能的要求更加严格,因此,如何制作高性能的非晶金属氧化物IGZO薄膜晶体成为最近的研究热点。
改善非晶金属氧化物IGZO TFT性能的方法主要有:选择TFT结构、改善栅极绝缘层与非晶金属氧化物IGZO形成的界面、改善非晶金属氧化物IGZO沉积条件、改善非晶金属氧化物IGZO保护层成膜质量以及后退火温度和存放环境。
采用顶栅极结构可以制作高迁移率非晶金属氧化物IGZO TFT,但是制作工艺复杂;采用底栅极结构制作非晶金属氧化物IGZO TFT与现有制作非晶硅薄膜晶体管工艺匹配性好,但是在背沟道刻蚀工艺中会对非晶金属氧化物IGZO造成破坏,从而影响非晶金属氧化物IGZO TFT的性能。
栅极绝缘层成膜的好坏直接影响着非晶金属氧化物IGZO TFT的性能。一般来说栅极绝缘层表面粗糙度越低,表面的缺陷态越少,成膜质量越高,在其上形成非晶金属氧化物IGZO TFT的性能越好。
非晶金属氧化物IGZO上面保护层成膜的质量直接影响着非晶金属氧化物IGZO TFT的性能。保护层可以是成膜质量好的SiNx[22]、SiOx[23]以及Al2O3[24]等,可以有效阻挡外界氧气和水分子对非晶金属氧化物IGZO的损坏,从而提高非晶金属氧化物IGZO晶体管性能。为了改善非晶金属氧化物IGZO晶体管的性能,可以在非晶金属氧化物IGZO和保护层形成的界面处使用等离子体处理。
在使用溅射的方法形成非晶金属氧化物IGZO层时的工艺条件对非晶金属氧化物IGZO TFT性能影响很大,如非晶金属氧化物IGZO厚度以及在沉积过程中通入氧气流量的大小。因此要想制造出高性能的非晶金属氧化物IGZO TFT,就要优化好非晶金属氧化物IGZO的沉积条件。
4 结 论
在过去几年内,人们通过不断改善非晶金属氧化物IGZO TFT的结构、非晶金属氧化物IGZO沉积的条件、栅极绝缘层与非晶金属氧化物IGZO界面以及保护层成膜质量和退火的条件,不断提升了非晶金属氧化物IGZO TFT的性能和可靠性,随着2010年台湾友达公司成功地在六代液晶显示器生产线上制作出32in金属氧化物IGZO TFT的液晶显示器,并表现出优良的显示性能,如非晶金属氧化物IGZO晶体管的迁移率达到5.16cm2/V・s,开关比为1.8×108,阈值电压为0.5V,亚阈值摆幅仅为0.38V/dec,其性能很好地超越了非晶硅薄膜晶体管,为以后进行大尺寸显示器的生产指明了方向。
相信随着对非晶金属氧化物IGZO薄膜晶体管的不断深入研究,非晶金属氧化物IGZO TFT将给大尺寸液晶显示、有源有机电致发光显示、柔性显示、电子纸等显示方式带来革命性的进展。
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篇5
关键词：氧化物冶金 非金属夹杂物 晶内铁素体
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）06-0258-01
进入21 世纪后，钢铁材料因高的强度与良好的低温冲击韧性而在机械工程制造业中占据着重要地位。机械工程结构向巨型化、高参量方向发展， 如超大型船舶与海洋平台、大跨度桥梁、长距离石油和天然气输送管线等。这些大型机械工程结构对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求， 要求在不增加或尽量减少合金元素含量的前提下， 使钢铁材料的强度与韧性成倍提高[1]。许多研究成果表明， 细化晶粒是实现钢铁材料强度与韧性成倍提高的最有效方法。氧化物冶金是近年来用于细化钢铁材料晶粒， 提高强度与韧性的新方法、新技术， 已成功地用于非调质钢、微合金低碳钢、天然气输送管线钢的开发， 日本的“ 新世纪结构材料开发计划”就包含氧化物冶金的内容川。本文介绍了氧化物冶金技术及其应用的新进展。
1 氧化物冶金的基本思路
人们研究焊缝金属的显微组织与强度、韧性之间的关系时，发现当焊缝金属奥氏体晶内的非金属夹杂物周围有似针状的铁素体显微组织时， 焊缝金属不仅具有高的强度， 而且具有良好的低温冲击韧性。这些似针状的铁素体显微组织被称为针状铁素体（Acicular Ferrite ， 简称A F ） 。针状铁素体是在奥氏体晶内形成的， 又称为晶内铁素体（Intragranular Ferrite ， 简称IG F ）。简称IG F ）。晶内铁素体总是在非金属夹杂物上形核， 而这些非金属夹杂物主要为Ti、AI 的氧化物与Mn 的硫化物形成的氧、硫复合物仁5 一1。根据非金属夹杂物诱导内铁素体形核， 细化晶粒， 提高强度和韧性的客观事实。日本新日铁公司的高村等： 提出了控制钢中氧化物的组成， 使之细小、弥散化， 诱导晶内铁素体形核， 提高钢的强度与韧性， 并将这一新技术称为氧化物冶金（Oxides Metallurgy）。基本思路可概括为： （1） 若能在原奥氏体晶内形核， 产生大量的晶内铁素体， 即使奥氏体晶粒粗大，也可获得晶粒细小的显微组织。晶内铁素体具有自身细化的能力， 能抑制焊接热影响区的晶粒粗化。（2） 无论多洁净的钢， 其均有许多非金属夹杂物。在适当的条件下，一些非金属夹杂物可诱导晶内铁素体形核， 细化钢的晶粒。
2 氧化物冶金型钢的显微组织特征
氧化物冶金型钢的显微组织主要由非金属夹杂物与晶内铁素体组成， 这时的非金属夹杂物为有益非金属夹杂物， 是钢中相的重要组成部分。它们共同起到细化晶粒提高钢强度与韧性的作用。
1 晶内铁素体的显微组织特征晶内铁素体的相转变温度为680～480℃ ，属于中温转变。晶内铁素体均在奥氏体晶内的非金属夹杂物上形核、长大，每个非金属夹杂物上往往有多个晶内铁素体板条， 呈放射性状[2]。 国家自然科学基金（50334050） 和上海宝山集团公司联合资助重点项目氧化物冶金技术及其应用晶内铁素体板条的平均尺寸为0.1μm～3.0μm。碳化物板条之间相互连锁， 分布在原奥氏体晶内。一方面晶内铁素体能使钢的晶粒细小化，另一方面晶内铁素体板条之间为大角度晶界， 板条内的微裂纹解理跨越晶内铁素体时要发生偏转， 扩展需消耗很高的能量。因此， 氧化物冶金型钢表现出高的强度和韧性。晶内铁素体能自身细化。一定条件下， 由非金属夹杂物诱导生成的晶内铁素体晶界上可以生长出新的晶内铁素体， 这使得钢的晶粒更加细化， 有很强的自身细化晶粒的能力。由非金属夹杂物诱导形核形成的晶内铁素体称为一次晶内铁素体， 在一次晶内铁素体晶界上形成的晶内铁素体称为二次晶内铁素体。二次晶内铁素体的形核称为感生形核，由此形成的晶内铁素体又称为感生晶内铁素体。利用晶内铁素体感生形核具有自身细化晶粒的特点， 可有效地解决焊接热影响区韧性下降的问题。尽管许多学者发现了晶内铁素体感生形核现象仁川， 但对有关晶内铁素体的感生形核规律、感生形核条件和影响晶内铁素体感生形核的因素了解较少， 积累的数据也不多。
2 氧化物冶金型钢中非金属夹杂物的作用与性质
非金属夹杂物是氧化物冶金型钢显微组织的重要组成部分， 这时的非金属夹杂物是有益相， 它们有以下几方面的作用。在钢液中作为非自发形核核心，细化奥氏体晶粒，沉淀于奥氏体晶界， 阻止奥氏体晶粒的长大； 固溶于奥氏体晶内， 影响奥氏体向铁素体的固相转变， 诱导晶内铁素体形核、长大； 在焊接过程中， 促进焊接热影响区粗晶区的晶内铁素体形核与感生形核。现对于诱导晶内铁素体形核非金属夹杂物的性质进行了许多研究。研究了焊缝金属中诱导晶内铁素体形核非金属夹杂物的性质。电子探针分析的结果表明， 诱导晶内铁素体形核的非金属夹杂物为Al、Ti、Mn的氧、硫复合物， 如如TIO·A12O3·MnS。并认为非金属夹杂物表面的MnS在晶内铁素体形核过程中起主导作用。研究了微Ti 脱氧低碳钢中非金属夹杂物的性质，认为TiZO3、TIN和Ti：O3。· TIN复合物在晶内铁素体形核中起主导作用， 并认为TiZO3、TIN与铁素体的错配度较小， 有利于晶内铁素体在非金属夹杂物上形核。A ndres等[3]烫二研究了微v合金氧化物冶金型中碳钢的非金属夹杂物， 认为MnS、vN和MnS·VN复合物在晶内铁素体形核中起主导作用。由于诱导晶内铁素体形核、长大的非金属夹杂物往往是A12O3、TiZO3、MnS、TIN形成的氧、硫复合物或氧、氮复合物。这些复合物的中心为高熔点的TIO、TiZO3等，非金属夹杂物的表层一般为低熔点的MnS、TIN等。在复合非金属夹杂物中， 究竟是复合非金属夹杂物整体共同作用诱导晶内铁素体的形核， 还是表层非金属夹杂物MnS、TIN在诱导晶内铁素体的形核过程中起决定性作用， 在此方面争议较大， 还有待进一步研究。
3 结束语
通过对这门课程的学习，我对这种技术的运用简单的谈了一下我的看法，希望能为今后教师的教学做一些贡献。这也是对我学习这门课程的总结。
参考文献：
[1]王超，朱立光.氧化物冶金技术及应用[J]. 河北理工大学学报（自然科学版）. 2011（02）.
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【关键词】聚金属氧酸盐 乙酸正丁酯 催化反应 性能研究
乙酸正丁酯作为重要的化工原料，在工业生产商主要用硫酸催化乙酸和丁醇进行酯化反应，但由于脱水氧化作用，对于酯化反应容易出现其他不饱和化合物；同时，工艺技术复杂，还需要对产物进行碱洗、水洗，造成对环境的污染较大。聚金属氧酸盐具有良好的催化作用，其选择性好、活性高在催化领域应用较广。本文将以杂多酸为催化剂，来探讨其在乙酸正丁酯酯化反应中的催化性能。
一、聚金属氧酸盐的催化作用
聚金属氧酸盐具有良好的催化性能，主要表现在聚金属氧酸盐的结构和组成，如Keggin、Waugh、Dawson等，能够形成比较固定的金属离子骨架；同时，聚金属氧酸盐具有酸性和氧化还原性，能够顺应配位原子、中心原子、抗衡阳离子的不同而改变；还有其“准液相”性质，能够与某些极性分子如氨、醇、水、吡啶等进行相位组合，从而形成一种介于固态与液态之间的浓溶液；最后是良好的热稳定性和可溶性，能够满足均相、多相催化要求。针对聚金属氧酸盐的酸性催化，与其自身的球形杂多化合物分子的表面低电荷密度有关，如在H3PW12O40+CS2CO3H3-xCSxPW12O40反应中，质子的活性较大，具有很强的酸性。聚金属氧酸盐在作为催化剂应用中，具有较强的选择性，如与正丁烯、丙烯、正丁醇等低碳烯烃水合反应，还可以如醇酸发生酯化反应，如丙酸与丁醇的反应；与烷基化、酰基化等发生异构化反应，如丁烯、丙烯、异丁烯烷基化反应；还可以与高分子如四氢呋喃聚合反应；与醚发生裂解反应，如C3-C7的羧酸反应分解为CO和链烯烃等。
聚金属氧酸盐在氧化还原性上具有较强的氧化性，其阴离子表现为多电子体，能够获得多个电子而不发生分解。如在均相反应中，通过实验获得，聚金属氧酸盐的氧化还原性具有以下规律，当中心原子确定后，其氧化性顺序为V>Mo≥W；当处于配位原子时，其氧化性顺序为P>As>Si>B；当与钼形成聚金属氧酸盐时，Dawson结构的氧化性能要强于Keggin结构。聚金属氧酸盐在多相反应中较为复杂，不仅与化合物的组成有关，还与抗衡阳离子的数量、种类有关。我们可以从H2或有机还原剂中来进行估算其还原性。同时，还可以利用循环伏安法、红外光谱、极谱等手段来了解。
二、以实验为例来探讨其催化性能
（一）磷钨杂多稀土盐的合成
杂多酸作为多功能催化剂，与稀土元素结合具有更好的催化性能，稀土处于杂多阴离子的外界，能够形成杂多酸盐的稳定结构。本实验中对磷钨杂多酸盐的合成，主要用到磷钨酸、氧化镧、氧化铷、硝酸铈，以及相关实验仪器。对于稀土盐多为氯化物，如CeCl3，主要有Ce（No3）3与Na2CO3反应制取，并以10%HCL发生反应生成；对于LaCL3，NdCL3主要有La2O3与10%HCL发生反应生成，Nd2O3与10%HCL发生反应制取。称量4.883g磷钨酸溶解于10ml水中，并加入1ml10%的HCl；同样，秤取氯化铈1.5mmol，溶解于1ml10%的HCl，搅拌状态下将氯化铈滴入磷钨酸溶液以生成沉淀。冷却半小时后对沉淀进行抽滤并烘干（70℃），标记为磷钨酸杂多稀土盐。
（二）磷钨杂多稀土盐的催化性能
杂多酸最显著的优势是其酸性和酯化反应中良好的催化性能。以乙酸正丁酯酯化反应为例，我们来探讨其催化性能。本实验化学反应原理为：
从实验环境及实验步骤来看，利用加热回流装置对掺入一定比例的催化剂、乙酸、正丁醇和苯依此加入三颈烧瓶，控制油浴温度；冷却后倾出酯层，并用浓NaOH进行滴定，计算乙酸转化率。从乙酸丁酯的反应模型进行分析，对于相同条件下的催化剂用量，以反应物总重量的4%为准，酸醇摩尔比为1：1.2，反应温度控制在110，不同催化剂对乙酸的转化率影响：稀土磷钨酸的催化效果较好，主要与磷钨酸的酸位浓度有关，如果以纯磷钨酸为催化剂，由于酸位浓度过大，导致副反应的发生，影响乙酸的转化率；因此，在稀土构成的催化剂中，对于不同稀土量的杂多化合物，其对乙酸的影响也不同。本实验中用到的催化剂为稀土磷钨酸盐，因掺入量的不同，对于催化效果也不一样。总的来看，掺入量少时反应速率慢，乙酸转化率低；但对于添加量过多，对催化剂的活性也会降低。
三、结语
随着多种杂多化合物的合成，从改变杂多化合物的酸碱性、氧化还原性及热稳定性等方面也取得了较大进展，逐步形成了多酸化学研究的发展趋势。本文所探讨的磷钨杂多稀土盐的合成，就是聚金属氧酸盐类的一种，利用稀土盐来实现催化作用，从化学制备上通过多种分析手段来考察各稀土掺入量所形成的聚金属氧酸盐，以探讨其在酯化反应中的催化性能。本实验以乙酸和正丁醇为例，借助于稀土磷钨酸盐的催化作用来探讨乙酸的转化率，并从不同稀土掺入量对乙酸转化率的影响上来探讨其催化性能。其中以磷钨酸1：1制备的聚金属氧酸盐的催化性能最好。另外，对于酸醇摩尔比的研究，我们从反应时间、反应温度控制上，均具有提升转化率的作用；但当酸醇比大于1：1.2 ，反应时间超过2h，对于乙酸转化率来说趋于稳定。所以建议选择酸醇比为1：1.2，反应时间控制在2h即可。
参考文献：
[1]闫刚.多酸基有机―无机杂化化合物合成、结构及性质研究[D]. 东北师范大学，2013.
[2]高鑫.Dawson型磷钨酸盐及其无机―有机杂化物的制备和表征[D].中南大学，2014.
[3]杨明.基于Keggin与Dawson型多金属氧酸盐有机―无机杂多化合物的研究[D]. 哈尔滨理工大学，2012.
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关键词：城市污水处理厂；污泥厌氧消化；研究进展
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0001-01
1 污泥厌氧消化处理技术的影响因素
首先，温度的影响。污泥厌氧消化通常选择中温厌氧消化（33～37℃）和高温厌氧消化（50～55℃）。有研究者模拟研究由于加热失败导致温度由55℃突降到20℃，在20℃持续1h、5h、12h、24h对高温厌氧消化处理城市生活污水的影响，结果显示温度突降后，产气量基本为0，VFA累积以及pH降低。
其次，pH值。产甲烷菌的生长代谢和繁殖对pH值的波动十分敏感，即使在其生长pH范围内的突然波动也会引起细菌活力的明显下降，其它菌种对pH值波动的抵抗力稍好。不利pH条件下污泥中的有机物转化为脂肪酸等，导致系统内有机酸的大量积，进而产甲烷菌受到进一步的抑制甚至完全失活。
再次，搅拌。搅拌可以使消化罐内污泥浓度、pH值、微生物等保持均匀，避免消化罐内部分物质累积，表层污泥结壳等。
最后，毒性抑制物质。许多物质可以对污泥厌氧消化过程产生毒性抑制作用，包括氨氮、重金属、硫化物、有机酸等。有研究表明，对于高含固率污泥厌氧消化（反应器内污泥浓度为3～4%），氨氮浓度为1670～3720mg/L时，可以使产甲烷活性降低10%；当氨氮浓度为4090～5550mg/L，产甲烷活性降低50%；当氨氮浓度超过5880mg/L时，产甲烷过程被完全抑制。
2 污泥厌氧消化处理技术的速率问题
污泥的厌氧消化可分为三个阶段：水解发酵、酸性发酵和甲烷发酵，其中后两个阶段进行的较快，而水解过程进行十分缓慢，导致污泥厌氧消化较长的停留时间（SRT）和较大的消化池占地面积。剩余污泥中的大多数有机质存在于微生物细胞内，微生物的细胞壁是一个稳定的半刚性结构，起着保护细胞的作用。只有打破细胞壁结构将胞内有机质释放出来，厌氧菌才能利用这些基质进行厌氧消化。因此当污泥作为消化基质投入厌氧反应器时，水解过程必然成为整个污泥厌氧消化过程的限速步骤。
此外，污泥絮体是由有机纤维、菌胶团、无机颗粒、丝状菌和二价阳离子等组成，并由胞外聚合物联结在一起。胞外聚合物包裹在微生物菌体细胞外，厌氧消化过程中胞外聚合物的存在会在一定程度上降低厌消化液中的酶与微生物细胞接触的几率，阻碍细菌菌体破解的进程，从而使厌氧消化速率减慢。
3 污泥厌氧消化处理技g的优化方法
第一，热预处理法。例如国外有研究者将污泥分两步热水解，首先在70℃条件下水解2天，然后调节预处理温度在55℃条件下水解13天，结果有机悬浮固体去除率提高了12%，生化产甲烷潜力提高了48%，厌氧发酵甲烷产率提高了115%，污泥中病原菌的灭火率也有所提高，同时热预处理等过程中所需要的能量投入完全可以由热预处理增加的甲烷产出量补给。
第二，超声波预处理。例如有研究者通过低强度的超声波处理来研究对污泥性质的影响，主要研究声能密度、处理时间和声强对厌氧消化的影响情况，结果表明，低强度超声波处理能强化污泥厌氧消化效果，促进水解蛋白质、纤维素、脂肪的提高，有利于增强产沼气效果。
第三，微波预处理。微波预处理主要是利用微波的加热效应，加热污泥中的水和有机物等吸收微波能的物质，从而达到破解污泥絮体和微生物细胞的作用，提高污泥的水解效率。国外研究者通过中试连续运行试验，考察了微波预处理对污泥厌氧消化的强化效果，结果表明，经过80℃微波加热，大量溶解性COD得到释放，同时产甲烷量提升近50%。
第四，酶预处理。国外有研究者于35℃下向污泥中投加四种酶水解4h，结果显示，投加脂肪酶和蛋白酶后，生物气产量都有所增大，且这一表现与酶的形态无关。酶投加量为60mg/gTS时最佳，其污泥减量率比未加酶处理的空白对照高出60%，有利于固液分离，进而提高液相的消化速率。
第五，碱预处理。常温条件下向污泥中投加少量的碱就可明显提高污泥的溶解程度，有研究者采用碱预处理调节污泥pH值到10，然后维持数天后再进行厌氧发酵，结果消化过程产气量明显增大，而且污泥停留时间也比对照组缩短。
4 结语
随着能源价格的不断上涨和资源回收需求的不断增加，加之高速厌氧反应器的不断发展，厌氧消化技术因其污泥减量化、无害化、资源化以及稳定化的特点，已受到前所未有的关注和研究。
参考文献
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(一)根据纯净物的物理性质不同.
如颜色、状态、气味，硬度、密度、溶解性等，对纯净物进行分类.
(二)根据纯净物的化学性质不同，如可燃性、氧化性，还原性等，对纯净物进行分类.
(三)根据纯净物的组成、用途的不同，可将纯净物进行分类.
二、常见物质的分类
（一）物质可分为纯净物和混合物
1．纯净物：由一种物质组成的物质.
2．混合物：由两种或两种以上的物质混合而成.
3．纯净物和混合物判断的依据：物质是否由一种物质组成.（绝对纯净的物质是没有的）
（二）纯净物根据元素组成不同，可分为单质和化合物两大类
1．单质：由一种元素组成的纯净物.如氧气、氮气、铁、硫等.
注意：由同种元素组成的物质，可能是单质，也可能是混合物.
单质按性质不同分金属和非金属：
金属如铁、铜、镁等；非金属如氧气、碳、硫等.
金属非金属
颜色具特殊的金属光泽有多种颜色，但无金属光泽
延展性具良好的延展性不具延展性
可锻性具良好的可锻性不具可锻性
硬度比较硬硬度不一致
导电性良好的导电性除石墨外一般不导电
导热性良好的导热性除石墨外一般不导热
密度密度高密度低
熔点熔点高熔点低
注意：金属的导电性强弱顺序为：银>铜>铝>铁.
2．化合物：由两种或两种以上的元素组成的纯净物.如水、硫酸、烧碱、食盐等.
化合物可分为：有机化合物和无机化合物.
2．1 有机化合物：含碳的化合物，简称有机物.
注意：a．有机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机化合物，例如CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸盐就属于无机化合物.
b．最简单的有机物是甲烷（CH4）.
2．2 无机化合物：不含碳元素的化合物.但包括CO、CO2、H2CO3、Na2CO3等碳酸盐.
（三）无机化合物可分为：氧化物、酸、碱和盐.
3．1 氧化物：由两种元素组成．其中一种是氧元素的化合物，“二元一氧”.
氧化物可分为：氧化物按元素组成分金属氧化物和非金属氧化物：
金属氧化物如CuO、Fe2O3、CaO、MgO等.非金属氧化物如CO、CO2、H2O、SO2等.
3．2 酸：电离出的阳离子全部是氢离子的化合物.
3．3 碱：电解质电离出的阴离子全部是氢氧根离子的化合物.
3．4 盐：由金属（或铵根）阳离子和酸根阴离子组成的化合物.
物质按组成分类的体系及分类的依据：
物质按物质种类多少分纯净物按元素种类多少分单质按性质不同分金属非金属化合物按是否含碳分有机化合物无机化合物氧化物酸碱盐混合物
三、物质转化的规律
（一）非金属单质与其化合物的转化
（1）非金属在一定条件下可以转化为相应的化合物，如：
S+O2点燃SO2
C+O2点燃CO2
C+2SΔCS2
（2）某些非金属氧化物可以跟水反应生成对应的酸，如：
CO2+H2O=H2CO3
SO2+H2O=H2SO3
SO3+H2O=H2SO4
（二）金属单质与其化合物的转化
（1）金属单质和非金属单质在一定条件下可以相互反应，生成相应的盐或金属氧化物.如：
Fe+SΔFeS
2Fe+3Cl2Δ2FeCl3
3Fe+2O2点燃Fe3O4
（2）某些金属氧化物和水反应可以生成相应的碱.如：
CaO+H2O=Ca（OH）2
Na2O+H2O=2NaOH
K2O+H2O=2KOH
（三）金属的冶炼
1．金属冶炼主要是指将金属氧化物转化为金属的过程.在金属氧化物中加入还原剂，夺取金属氧化物中的氧，从而使其还原成金属单质.
2．可以作还原剂的物质主要有碳、一氧化碳和氢气.
（1）木炭和氧化铜粉末在高温下的反应：
C+2CuOΔ2Cu+CO2
实验现象：黑色固体逐渐变为红色，澄清石灰水变浑浊.
（2）从孔雀石中冶炼铜：
①孔雀石（或铜锈）的主要成分为碱式碳酸铜，为绿色粉末.
②孔雀石加热：
Cu2（OH）2CO3Δ2CuO+H2O+CO2
③氢气还原氧化铜：
H2+CuOΔCu+H2O
现象：黑色粉末状固体逐渐变为红色，试管口有水珠生成.
操作注意事项：实验开始时需先通一会氢气，再加热氧化铜，防止氢气与空气混合加热时试管爆裂；实验停止后，要继续通入氢气，直到试管冷却为止，防止灼热的铜被空气中的氧气氧化成氧化铜.
（3）一氧化碳还原氧化铁：
3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2
操作注意事项：实验最好在通风橱中进行.实验时应该先通一会一氧化碳，以排除试管中的空气，防止一氧化碳与空气混合加热时引起爆炸.多余的一氧化碳不能直接排到空气中，应对着火焰烧掉.
3．含氧化合物里的氧被夺取的反应，叫做还原反应；能从氧化物中夺取氧的能力叫做还原性，具有还原性的物质可作还原剂.如碳、一氧化碳和氢气等.
重要提示：氢气还原氧化铜的实验装置中容易出现的典型错误：
（a）试管口高于试管底.应使试管口略低于试管底，防止反应生成的水倒流.
（b）试管口加了胶塞.试管口不能加胶塞，否则气体排不出，容易造成试管炸裂.
（c）导管略伸入试管口.应使导管贴试管上壁伸入试管底部.
4．有关纯度问题的计算
（1）根据混合物质量及其纯度，计算纯净物质量：纯净物质量=混合物质量×纯度
（2）根据纯净物的质量，求出其中组成元素的质量分数.
组成元素的质量分数=某组成元素的质量÷纯净物的质量
（3）求工业产品中的含杂质的物质的质量（即混合物质量）
混合物质量=纯净物质量÷纯度
（四）化合物之间的转化
1．鸡蛋外壳与稀盐酸的反应：
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2
现象：一会下沉，一会又浮上来，不断地上下沉浮.
四、物质转化的规律
1．金属金属氧化物碱盐.如
CaCaOCa（OH）2CaCO3
2．非金属非金属氧化物酸盐.如
CCO2H2CO3Na2CO3
3．金属+非金属无氧酸盐.如
2Na+Cl2点燃2NaCl
4．金属氧化物+非金属氧化物含氧酸盐.如
Na2O+CO2=Na2CO3
5．酸+碱盐+水.如
HCl+NaOH=NaCl+H2O
6．盐+盐新盐+新盐.如
NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3
7．金属氧化物+酸盐+水.如
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
8．非金属氧化物+碱盐+水.如
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
9．金属+盐新金属+新盐.如
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
10．金属+酸盐+氢气.如
Fe+2HCl=FeCl2+H2
篇9
一、化合反应：由两种或两种以上物质①生成另一种物质②的反应叫做化合反应。
（1）反应物相同，量不同，产物不同 例如：木炭在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，木炭在氧气中不充分燃烧生成一氧化碳。
（2）反应物相同，条件不同，产物不同 例如：二氧化碳和水反应生成碳酸。二氧化碳和水在光和叶绿素条件下反应生成糖类和氧气。
（3）反应物相同，量不同，产物相同，反应现象不同 例如：硫在氧气中燃烧生成二氧化硫，发出蓝紫色火焰；而硫在空气中燃烧也生成二氧化硫，发出微弱的淡蓝色火焰。
（4）反应物相同，量不同，条件不同，产物相同； 例如：铁在潮湿的空气中生锈，铁在充有氧气的食盐水中更易生锈。
（5）反应物不同，产物相同 例如：木炭在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，一氧化碳在氧气中燃烧也生成二氧化碳。
（6）吸热反应 例如：碳和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，同时吸热。
（7）非金属单质+非金属单质反应 例如：氢气和氯气在点燃条件下生成氯化氢。
（8）金属单质+非金属单质反应 例如：铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁。
（9）金属氧化物+水反应 例如：氧化钙和水反应生成氢氧化钙。
（10）非金属氧化物+水反应 例如：二氧化碳和水反应生成碳酸。
（11）单质+非金属氧化物反应 例如：氧气和一氧化碳在点燃条件下生成二氧化碳；碳和二氧化碳在高温条件下生成一氧化碳。
（12）燃料燃烧 例如：氧气和一氧化碳在点燃条件下生成二氧化碳。
（13）三或四种反应物 例如：碳酸钙与水和二氧化碳反应生成碳酸氢钙；铜与水和氧气及二氧化碳反应生成碱式碳酸铜。
二、分解反应：由一种物质①生成两种或两种以上其他物质②的反应叫做分解反应。
（1）生成物是两种单质 例如：电解水生成氢气和氧气。
（2）生成物是一种单质和一种化合物 例如：过氧化氢在二氧化锰做催化剂条件下生成氧气和水。
（3）生成物是两种氧化物 例如：碳酸分解生成水和二氧化碳。
（4）生成物是三种物质 例如：高锰酸钾在加热条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。
三、置换反应：由一种单质与一种化合物起反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。
（1）气体单质与金属氧化物 例如：氢气和氧化铜在加热条件下生成铜和水。
（2）固体单质与金属氧化物 例如：木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳。
（3）活泼金属与稀盐酸或稀硫酸 例如：铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气。
（4）金属与盐溶液 例如：铁与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁。
四、复分解反应：由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应叫做复分解反应。
这里的化合物指酸、碱、盐、金属氧化物，不包括非金属氧化物。
（1）中和反应 例如：氢氧化钠和盐酸反应生成氯化钠和水。
（2）金属氧化物+酸 例如：氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水 。
（3）碳酸盐+酸 例如：碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳。
（4）碳酸盐溶液+碱溶液 例如：碳酸钠和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠。
（5）盐溶液间的反应
举例：氯化钡与硫酸钠反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠。
（6）碱与铵盐的反应 例如：氢氧化钙与硫酸铵反应生成硫酸钙和水及氨气。
（7）反应物不同生成物相同的复分解反应 举例：氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙和水，氧化钙与盐酸反应也生成氯化钙和水。
五、其他反应（非基本反应类型）
（1）有机物与氧气的反应 例如：甲烷在氧气中燃烧生成水和二氧化碳。
（2）一氧化碳还原金属氧化物 例如：一氧化碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳。
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关键词：柠檬酸溶胶凝胶法 复合氧化物 制备条件 成胶机理
在催化研究领域，单一氧化物通常具有一些较好的物化性能，可以作为载体或是直接应用作催化剂。但是随着人们对催化性能要求的提高及绿色化学低碳经济的兴起，这些单一氧化物逐渐无法满足工业生产对其性能的要求。研究人员将不同的氧化物复合，从而获得兼具两种材料优点的复合或掺杂材料。[1]这种氧化物的复合在催化、电化学中都有着重要作用。然而复合方式的不同对复合的效果影响较大。
溶胶凝胶法是现在常用的氧化物复合掺杂方法。整个制备过程经历溶液、溶胶、凝胶、干凝胶、焙烧。由溶胶凝胶法制备的粒子纯度高粒度细、可精确调控组成，方便对材料的复合或掺杂，反应条件温和易于操作控制，一般制得的氧化物都具有较大的比表面积[2]。该方法经历了传统胶体、无机聚合物胶体、络合法制胶这三个过程。传统方法需要找到合适的沉淀剂。当制备的离子各类较多时，很难寻到合适的沉淀剂。无机络合法常使用金属醇盐为原料。但金属醇盐有易燃、有毒、不易长入保存、成本较高等特点。近些年来发展的柠檬酸-溶胶凝胶法属于无机聚合物法。不仅可以在较低的温度下，取得尺寸均匀，粒度在微米甚至纳米级别的氧化物，而且保留了制备温度温和、操作方法简易的优势。然而柠檬酸凝胶溶胶法作为一种新兴方法，在制备条件和操作方法上仍有许多地方值得探讨。
一、制备条件及机理分析
1.柠檬酸用量
柠檬酸作为络合剂，对胶体的稳定性具有决定性的作用。用量过少，将会导致形成的胶体不稳定，极可能在放置陈化过程中出现沉淀现在，导致实验失败[3-5]。不同的文献中均采用放置检验的方法，将溶胶放置足够长的时间，并观察，以刚好不出现金属盐析出为柠檬酸的最少使用量。而不同的金属盐，其对应的最小使用量，从1：0.5到1：3不等。在氧化物焙烧条件相同的情况下，增加柠檬酸的用量可以得到更粒度更细分散度更好的氧化物。但李意峰认为过量的催化剂会残留在干凝胶中，致使焙烧过程中柠檬酸燃烧不充分，产物结晶下降[4]。
2.溶液pH
李意峰等人在实验中引入了对起始pH值进行了讨论，使用硝酸和氨水对初始pH值进行调节，认为pH约为2 时，凝胶后获得的氧化物具有较好的物化性能[4]。范瑞瑞在制备氧化铝超细粉体时，也调节了初始pH值[5]。然而二者在其文献中，均无对起始pH值的讨论。笔者认为，随着凝胶化过程的进行，水分不断散失，溶液的pH值逐渐发生变化。pH值的最终值与初始值将会有较大差异。这一可变性，使得实验中不以此为变量进行讨论。然而柠檬酸属于弱酸，在水溶液中存在着多级的电离平衡。随着柠檬酸的解离，阴离子可以络合更多的阳离子，使得胶体更稳定，不易析出金属盐。有文献报导，产物随pH值呈非线性变化，在pH=7附近有一最优值[8]。在该值处得到的产物纯净，无碳残留。岳振星[9]认为pH值较低时，得到的胶体致密，比表面和孔容都小；在接近中性时，可以得到含大量孔结构的凝胶。
因此，溶液pH值对凝胶的影响是否重要，还有待细致的研究。
3.凝胶化及陈化
凝胶化是溶胶凝胶法的一个重要过程。在该过程中，刚刚形成的溶胶体系逐渐向凝胶凝胶转变。凝胶化的温度和时间都对能否成胶有着直接影响。以柠檬酸溶胶凝胶法制备[9]的实验显示，适当升高凝胶化的温度，可以缩短形成凝胶的反应时间。陈化过程主要有胶体粒子的长大，胶体体积收缩和水分等溶剂的移除。经过凝胶化和陈化，溶胶变为结构稳定的凝胶，在后续的干燥和焙烧过程中也不会破坏，而影响络合金属离子的物化性质。溶胶的陈化过程与凝胶化过程并没有明显的界线。凝胶化完成后，紧接着进行胶体的陈化。经验中，让为陈化是溶胶凝胶法必不可少的操作。凝胶化的温度及陈化温度和时间的确定大都根据实验对像，实验结果调整。各文献在陈化时间的选取上分歧较大。郭大勇[3]等在实验中，使用柠檬酸溶胶凝胶法，将凝胶化和陈化和并操作，时间长达48小时。其实验结果显示，相比于传统凝胶法，该工艺制得的氧化物颗粒在粒径、结晶度和抗团聚等方面有较好的表面。李意峰[4]等在实验中没有凝胶化过程，在80℃下陈化10小时，也获得了分散性、结晶性较好的氧化物。
4.成胶机理分析
柠檬酸是弱酸，其多级电离受溶液pH值的影响。不同的阴离子存在形式决定了柠檬酸根的络合能力也不相同。金属离子与柠檬酸根离子络合后，粒子间再经过近一步水解综合，最终形成稳定的溶胶。不完全电离的柠檬酸根离子以非化学计量比与金属离子配合，降低成胶能力。增加柠檬酸用量可以加快溶胶的形成，但过量柠檬酸将影响焙烧后氧化物的物化性能。
也有文献认为[6]，早期较小凝胶粒子通过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络状的空间立体结构。三维网状在焙烧过程中可以有效阻止金属氧化物颗粒的长大。
二、结论
柠檬酸溶胶凝胶法是一种新兴氧化物制备方法，具有实验流程简单，操作方便，成本低廉，可以精确控制氧化物的组成等优点，在氧化物制备的各个领域表现出了独特的优势。于些同时，其成胶机理仍末明了，因而在柠檬酸用量、pH值等操作条件上较难有统一且明确的最优操作点。随着科研工作者对柠檬酸溶胶凝胶法成胶机理的研究，这一方法会被逐渐改进、成熟。
催化剂的研发推进了人们对复合氧化物研究，粒度细小均匀，成分均匀的二元甚至多元氧化物的制备，必将更多用到柠檬酸溶胶凝胶法。
参考文献
[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]黄传真，艾兴，侯志刚，等.溶胶- 凝胶法的研究和应用现状.材料导报， 1997， 11（ 3） ： 8
[3]郭大勇，储成林，林萍华，等. 柠檬酸对溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石粉体的影响[J].东南大学学报（自然科学版）， 2002，32（3）：1-4.
[4]李意峰，黄剑锋，曹丽云，等. 柠檬酸络合法制备La2CuO4纳米晶[J].无机化学学报. 2011，27（11）：2157-2161.
[5]范瑞瑞，李炎，徐流杰，等.溶胶凝胶法制备Al2O3超细粉体[J].河南科技大学学报（自然科学版）.2011，32（4）：1-4.
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[8]张明福， 赫晓东， 韩杰才，等. 自燃烧法合成BaNd2Ti5O14的凝胶化及热处理研究. 无机材料学报， 2000， 15（ 5） ： 879.
