Μελέτη αντιδράσεων πυριτίου (Si) και μονοξειδίου του πυριτίου (SiO) με νερό (H2O) και αιθανόλη (CH3CH2OH) στην αέρια φάση

 
This item is provided by the institution :
University of Crete
Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share




2004 (EN)
Μελέτη αντιδράσεων πυριτίου (Si) και μονοξειδίου του πυριτίου (SiO) με νερό (H2O) και αιθανόλη (CH3CH2OH) στην αέρια φάση

Αναστασάκη, Αντωνία
Anastasaki, Antonia

Αντικειμενικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των αντιδράσεων του μονοξειδίου του πυριτίου SiΟ και του ατομικού πυριτίου Si με τα μόρια του νερού και της αιθανόλης στην αέρια φάση. Συγκεκριμένα μελετήθηκε ο χημικός μηχανισμός των αντιδράσεων που οδηγεί στο σχηματισμό στερεών εναποθέσεων με διάφορες χαρακτηριστικές ομάδες πυριτίου, όπως SiO, SiH, SiC και SiΟH. Οι αντιδράσεις αυτές δεν έχουν μελετηθεί στο παρελθόν και έχουν τεράστια σημασία στην σύνθεση νέων σύνθετων πυριτιούχων υλικών και γενικότερα στην χημεία και τεχνολογία των σύνθετων υλικών, με πολλαπλές βιομηχανικές εφαρμογές Η παραγωγή της ελεύθερης ρίζας SiΟ και ατομικού Si στην αέρια φάση πραγματοποιήθηκε με την εστίαση της δέσμης ενός παλμικού laser CO2 στην επιφάνεια άμορφων στερεών στόχων SiΟ και Si, αντίστοιχα. Η αντίδραση των εκτοξευόμενων ενώσεων SiO και Si με τα μόρια του νερού και αιθανόλης πραγματοποιήθηκαν σε στατικό αντιδραστήρα σε διαφορετικές πιέσεις ατμών νερού και αιθανόλης. Τα προϊόντα των αντιδράσεων επικάθονταν σε υπόστρωμα NaCl που ευρίσκονταν σε οριζόντια θέση 1 cm μακριά από τον ακτινοβολούμενο στόχο. Η ταυτοποίηση των στερεών εναποθέσεων έγινε με την χρησιμοποίηση της φασματοσκοπίας υπερύθρου FT-IR, ενώ των πτητικών προϊόντων με την φασματομετρία μάζας. Τα στερεά προϊόντα περιέχουν κατά κύριο λόγο τις χαρακτηριστικές ομάδες SiO, SiH, SiOH, SiC, CΗ και SiOSi. Τέλος, προσδιορίσθηκαν οι βέλτιστες πειραματικές συνθήκες για την αποδοτικότερη παραγωγή στερεών εναποθέσεων, μεταβάλλοντας την ένταση ακτινοβολίας laser, τον αριθμό των εφαρμοζόμενων παλμών, καθώς την πίεση του αερίου. Προσδιορίσθηκε ο μηχανισμός των αντιδράσεων αυτών στην αέρια φάση που οδηγεί στο σχηματισμό των τελικών προϊόντων. Συγκεκριμένα για τις αντιδράσεις του SiΟ, τα εκτοξευόμενα μονομερή SiΟ από την φωτοαποδόμηση στερεών στόχων SiΟ αντιδρούν με τα μόρια των αερίων που τα περιβάλλουν, κυρίως μέσω αντιδράσεων προσθήκης που οδηγούν στο σχηματισμό πολύ δραστικών και δονητικά διεγερμένων προϊόντων (ενεργοποιημένα ενδιάμεσα σύμπλοκα), κατά κύριο λόγο σιλανονών. Η φωτοαποδόμηση μπορεί επίσης σε πολύ μικρότερη έκταση να οδηγήσει στο σχηματισμό συσσωματωμάτων της μορφής (SiΟ)n, SixΟy, Sin. Ακολούθως, οι παραγόμενες σιλανόνες είτε υφίστανται κυρίως διμερισμό και οδηγούν στο σχηματισμό διμερών κυκλικής μορφής τα οποία και εναποτίθενται, είτε αντιδρούν με τα μόρια του νερού και της αιθανόλης και δίνουν διάφορα τελικά προϊόντα. Ομοίως για τις αντιδράσεις του ατομικού Si, τα εκτοξευόμενα άτομα Si από την φωτοαποδόμηση στερεών στόχων Si αντιδρούν με τα μόρια των αερίων που τα περιβάλλουν, κυρίως μέσω αντιδράσεων προσθήκης και οδηγούν στο σχηματισμό πολύ δραστικών και δονητικά διεγερμένων προϊόντων (ενεργοποιημένα ενδιάμεσα σύμπλοκα), κυρίως σιλανόνες. Στη συνέχεια, οι παραγόμενες σιλανόνες είτε υφίστανται κυρίως διμερισμό και οδηγούν στο σχηματισμό διμερών κυκλικής μορφής τα οποία εναποτίθενται, είτε αντιδρούν με τα μόρια του νερού και της αιθανόλης και δίνουν διάφορα τελικά προϊόντα. (EL)
The present thesis aims fundamentally to the study of chemical reactions of silicon monoxide SiO and elemental silicon Si with water and ethanol molecules in the gas phase. Especially, the chemical mechanism of the reactions that leads to the formation of solid deposited products containing the typical silicon groups SiO, SiH, SiC and SiOH, was studied These reactions had not been studied before, although they are very important for the synthesis of novel silicic materials, in chemistry and new material technology in general and possess various industrial applications. SiO and Si fragments are extracted through evaporation, when a pulsed CO2 laser beam is directed towards the surface of solid amorphous SiO and Si targets, respectively. The reactions of the extracted SiO and Si particles with H2O and CH3CH2OH molecules took place in a static reactor in presence of water and ethanol vapors in various concentrations. The products of the reactions deposit onto a NaCl substrate horizontally situated 1 cm away from the irradiated target. The final solid deposits were characterized using FT-IR spectroscopy and the volatile products were characterized using mass spectrometry. The solid products mainly contain the typical bands SiO, SiH, SiOH, CH and SiOSi. Finally, the optimum experimental conditions for the production of solid deposits were defined, by modulating the laser output, the number of the laser pulses and the pressure of the ambient gas. The mechanism of the under estimation reactions in the gas phase that leads in the formation of the final products was defined. Specifically for the SiO reactions, the extracted from the laser ablated solid SiO target, SiO monomers, react with the ambient gas molecules through insertion reactions, forming in general highly reactive and vibrationally excited products (intermediate complexes), silanones mostly. Laser ablation may also causes in very small amounts the formation of clusters such as (SiO)n, SixOy, Sin. Additionally, silanones either undergo dimerization and form cyclo-dimers that finally deposit, or react with water and ethanol molecules and form various final products. Similarly for the Si reactions, the extracted from the laser ablated solid Si target, Si atoms, react with the ambient gas molecules through insertion reactions and form highly reactive and vibrationally excited products (intermediate complexes), mostly silanones. Finally, silanones either undergo dimerization and form cyclo-dimers that deposit or, react with water and ethanol molecules and form various final products. (EN)

text
Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

Greek

2004-11-18


Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Χημείας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)