本发明专利技术提供了一种用于提高单重态氧产率的碘氧化物制备装置，包括氧气供气系统、碘气供气系统、低温等离子体放电腔、碘气喷注器、碘氧化物沉积腔、真空抽气系统，利用本发明专利技术装置制备的碘氧化物，能够通过异相催化反应将氧气放电时产生的氧原子等活性氧转化为单重态氧分子，提高氧气放电时的单重态氧产率，并具有催化活性强、附着牢固、不易脱落的特点，本发明专利技术可用于放电氧碘激光器，以及其他需要电子激发态氧分子的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学激光器领域，与电激励氧碘激光器中的储能粒子单重态氧有关，具体涉及一种用于提高单重态氧产率的碘氧化物的制备装置。
技术介绍
第一个运转在电子态之间的化学激光器是氧碘化学激光器(COIL)，其基本原理为：亚稳态粒子O2(1Δ)的产生：Cl2+2KOH+H2O2→O2(1Δ)+2KCl+2H2O碘原子的产生：I2+nO2(1Δ)→2I+nO2(3Σ)亚稳态粒子O2(1Δ)与碘原子近共振传能：激射出光：I(2P1/2)+hv→I(2P3/2)+2hv(λ＝1.315μm)从上世纪70年代到现在，COIL已经经历了从出光演示、亚音速、超音速到工程放大等阶段，获得了巨大的成功。然而，在传统的化学氧碘激光器COIL中，产生亚稳态储能粒子O2(1Δ)时使用的是有毒易爆的Cl2、H2O2等化学物质，这限制了它的应用范围。电激励氧碘激光器采用氧气放电来产生单重态氧，它在继承了传统化学氧碘激光器优点的同时，还具有原料安全无毒，全气相操作，适应能力更强等优势。这种通过放电方法产生单重态氧的装置称为放电单重态氧发生器。放电产生单重态氧的一个特点是产物中含有氧原子等活性氧物种；从好的一方面来讲，氧原子可以离解碘分子，从而避免了单重态氧的消耗；从坏的一方面来讲，氧原子又会猝灭单重态氧，降低放电单重态氧发生器的性能。研究发现，氧原子对单重态氧的猝灭作用较大，并且主要是通过三体碰撞猝灭过程进行的，因此在高气压条件下对单重态氧产率的影响很大，是电激励氧碘激光器在功率规模放大过程中必须要解决的重要问题：O2(a1Δ)+O+M→O2+O+Mk＝1x10-32cm6/s其中M是第三体碰撞伴侣(一般是O2)。为了降低氧原子对单重态氧的猝灭作用，需要降低氧原子的浓度，一般是通过向主气流中添加氧原子捕获剂来实现降低氧原子浓度的，例如NO或NO2分子：O+NO→NO2k＝3x10-11cm3/sO+NO2→NO+O2k＝1x10-11cm3/s很显然，氧原子捕获剂虽然可以降低氧原子浓度，提高单重态氧产率，但只是通过简单地将氧原子转化为基态氧分子而实现的，并没有将气流中的氧原子等活性氧物种转化为单重态氧。有鉴于此，我们试图找到一种可以将氧气放电气流中的氧原子等活性氧物种转化为单重态氧的技术，即：本专利技术就是为了解决此问题而产生的，我们在试验中发现了一种碘氧化物催化剂，这种碘氧化物具有与传统商业有售的白色五氧化二碘不同的特性，具体表现为，它能够将氧原子转化为单重态氧。我们发现的这种碘氧化物在外观上呈现为具有一定粘性的黄色油状固体，或许是某一种或某几种碘氧化物的复合物，实验结果显示它能够有效地将气流中的氧原子转化为电子激发态单重态氧分子。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于提高单重态氧产率的碘氧化物制备装置。通过该种装置，可以很容易地制备一种碘氧化物催化剂，该碘氧化物催化剂能够将氧气放电气流中的氧原子等活性氧物种转化为单重态氧，从而提高放电产生单重态氧的产率。为实现本专利技术的目的，具体的技术方案是：该装置包括氧气供气系统、碘气供气系统、低温等离子体放电腔、碘气喷注器、碘氧化物沉积腔、真空抽气系统。氧气供气系统、低温等离子体放电腔、碘氧化物沉积腔和真空抽气系统依次顺序连接；氧气从氧气供气系统出来后，依次通过低温等离子体放电腔、碘氧化物沉积腔、真空抽气系统；碘气供气系统和碘气喷注器直接相连，连接管为的聚四氟乙烯管，碘气从碘气供气系统流向碘气喷注器；碘气喷注器的头部插入碘氧化物沉积腔的内部，并可以前后移动。氧气供气系统由氧气瓶、减压阀、气体质量流量计依次连接构成，连接管为不锈钢管。碘气供气系统由氦气瓶、减压阀、碘固体池、气体质量流量计依次连接构成，连接管为聚四氟乙烯管。低温等离子放电腔的腔体为圆柱形玻璃管，长度为10-20厘米，外径8-20毫米，壁厚1-1.5毫米，使用射频介质阻挡放电的形式进行无声放电，电压1000-1500伏，放电功率30-50瓦。碘气喷注器由内部中空的两段圆柱状玻璃管组成，分别是头部和主体部分，头部的前端密封，头部深入碘氧化物沉积腔的内部，头部的外径为10-20毫米，头部的长度为5-15毫米，主体部分通过聚四氟乙烯管与碘气供气系统相连；主体部分的外径为6-8毫米，主体部分的长度为30-50厘米；碘气喷注器与碘氧化物沉积腔同轴，并能够沿轴前后移动，头部的曲面设置有分布均匀的通孔，通孔直径为0.5-1毫米，孔个数为6-12个，碘气体从通孔喷出，喷射方向垂直于碘氧化物沉积腔的器壁。碘氧化物沉积腔的整个腔体为圆柱状玻璃管，玻璃管的长度为20-60厘米，壁厚1-2毫米，碘氧化物沉积腔的内直径比碘气喷注器头部的外直径大10-15毫米，以保证碘气喷注器能够在碘氧化物沉积腔内移动，碘氧化物沉积腔与低温等离子体放电腔垂直连接。制备碘氧化物时，碘氧化物沉积腔内气体温度为300-450K，气体压力为1.5-3Torr。真空抽气系统由真空球阀和机械泵直接连接构成，使得整个装置的真空度不大于1.5Torr，装置内的气体通过真空球阀后被机械泵抽走。本专利技术所述碘氧化物制备装置可用于放电氧碘激光器。放电功率较低，一般不高于50瓦，这样得到的等离子体气体温度较低。其半径约为低温等离子放电腔半径的两倍，与低温等离子放电腔垂直连接具体操作步骤如下：第一步打开真空抽气系统的真空球阀，对整个制备系统进行抽真空；第二步打开氧气管路系统，打开气体质量流量计设置氧气流量为0.15-0.45毫摩尔/秒；第三步打开射频放电系统对纯氧气体进行放电，调节放电电压为1000-1500伏，放电功率为30-50瓦，调节真空球阀使得气体压力为1.5-3Torr，这时在低温等离子体放电腔内会产生氧原子、振动和电子激发态氧分子、臭氧分子等具有化学反应活性的物种，将它们统称为活性氧气体；第四步打开碘气管路系统，碘气由氦气通过碘固体携带碘饱和蒸汽产生，温度范围是15-30摄氏度，碘/氦气流量范围为0.07-0.22毫摩尔/秒，碘气气流与活性氧气流反应后沉积到碘氧化物沉积腔的内壁上；第五步观察碘氧化物沉积情况，沿气流方向前后移动碘气喷注器，使碘氧化物沉积腔内壁上有碘氧化物沉积。最终的碘氧化物沉积呈现为一种具有一定粘性的黄色油状固体。本专利技术的有益效果本专利技术提供了一种能够有效地提高单重态氧产率的碘氧化物催本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于提高单重态氧产率的碘氧化物制备装置，其特征在于：包括氧气供气系统(1)、碘气供气系统(2)、低温等离子体放电腔(3)、碘气喷注器(4)、碘氧化物沉积腔(5)、真空抽气系统(6)。
【技术特征摘要】
1.一种用于提高单重态氧产率的碘氧化物制备装置，其特征在于：包括
氧气供气系统(1)、碘气供气系统(2)、低温等离子体放电腔(3)、碘气喷注
器(4)、碘氧化物沉积腔(5)、真空抽气系统(6)。
2.根据权利要求1所述的碘氧化物制备装置，其特征在于：氧气供气系统
(1)、低温等离子体放电腔(3)、碘氧化物沉积腔(5)和真空抽气系统(6)
依次顺序连接；氧气从氧气供气系统(1)出来后，依次通过低温等离子体放电
腔(3)、碘氧化物沉积腔(5)、真空抽气系统(6)；
碘气供气系统(2)和碘气喷注器(4)直接相连，连接管为的聚四氟乙烯
管，碘气从碘气供气系统(2)流向碘气喷注器(4)；
碘气喷注器(4)的头部插入碘氧化物沉积腔(5)的内部，并可以前后移
动。
3.根据权利要求1所述的碘氧化物制备装置，其特征在于：氧气供气系统
(1)由氧气瓶、减压阀、气体质量流量计依次连接构成，连接管为不锈钢管。
4.根据权利要求1所述的碘氧化物制备装置，其特征在于：碘气供气系统
(2)由氦气瓶、减压阀、碘固体池、气体质量流量计依次连接构成，连接管为
聚四氟乙烯管。
5.根据权利要求1所述的碘氧化物制备装置，其特征在于：
低温等离子放电腔(3)的腔体为圆柱形玻璃管，长度为10-20厘米，外
径8-20毫米，壁厚1-1.5毫米，使用射频介质阻挡放电的形式进行无声放电，
电压1000-1500伏，放电功率30-50瓦。
6.根据权利要求1所述的碘氧化物制备装置，其特征在于：碘气喷注器(4)
【专利技术属性】
技术研发人员：李留成，多丽萍，金玉奇，唐书凯，李国富，王元虎，于海军，汪健，曹靖，康元福，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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