什么是化学浴沉积 有急用

化学浴沉积是在宽禁带半导体上直接生长量子点的一种沉积方法，是比较慢的化学反应过程[25],在CBD沉积中Na2S2O3通常被用来作为硫的供体，有时候也用硫脲来慢慢释放S2-。较之其他的制备方法，CBD方法从性能价格比上来说具有明显的优势，是应用最广泛的生长方法，具有可控性好、均匀性好、成本低等特点。而且不同的衬底和不同的溶液都可以来制备无机半导体敏化薄膜，而且用化学浴沉积方法制备的薄膜晶粒更紧密，表面更光滑。

在化学沉积和生物化学沉积成矿系统中形成了大量的铁、锰、铝矿床，具有重要的经济价值，现以铁、锰、铝矿床为例，加以论述。

1成矿物质来源

沉积铁、锰、铝矿床的成矿物质可有多种来源，其中陆源物质是大多数矿床的最主要来源。该类矿床多分布于离古陆不远的海盆边缘，在剖面上矿层总是位于沉积间断面上的海侵层序的中、下部或底部。矿层产出特征表明，成矿物质主要是由大陆岩石和矿床的风化产物提供的。在长期沉积间断期间，由于风化作用，岩石和矿石中铁、锰、铝等成矿物质被释放出来，它们由流水等营力搬运到湖、海盆地，沉积形成矿床。例如，宣龙式铁矿床发育在太古宙角闪石片麻岩和磁铁石英岩不整合面之上的中元古界串岭沟组之中。铁质是由这些富含铁的岩石所提供的。又如，世界上铝土矿都产于长期沉积间断的风化侵蚀面上，特别是碳酸盐岩古侵蚀面上。在炎热潮湿气候条件下，铝硅酸盐经长期风化，碱金属和SiO2大量淋失，最后风化残余物为以铝土矿物［ Al（OH）3］为主的红土，石灰岩风化残余物为钙红土，当红土中铝土矿物含量及其他指标达工业要求时，即为红土型铝土矿床。红土、钙红土或红土型铝土矿是沉积型铝土矿床最主要的物质来源。

除了大陆风化物质来源外，海底火山喷发、海底热液活动和海底岩石的分解作用也提供铁、锰等成矿物质。海洋中有众多火山，火山喷发物和热液喷出物中的部分铁、锰可以呈低价态进入海水，被海流搬运至海盆边缘，因氧化还原环境改变等原因而发生沉淀。古老的沉积变质铁矿（BIF）铁质被认为是海底火山活动提供的。在现代大洋中脊、岛弧和海盆中，查实有多处正在发生的海底热液沉积成矿作用，热水沉积物中有块状硫化物、铁、锰氧化物层和结核、铁锰碳酸盐等。这些海洋内部来源物质很可能是一些锰矿床矿质的主要来源。我国南方有众多沉积锰矿床多分布在远离古陆的海盆，含矿岩系为较特殊的碳、硅、泥组合，由此推断锰可能为深部来源，有可能是由热液喷溢作用携带到海底的。

表6-4 不同板块构造环境中盆地类型、沉积建造与主要矿产

（修改自孟祥化，1993，补充了主要矿产）

2成矿物质的搬运和沉积

流水搬运成矿物质的形式有：①真溶液；②胶体溶液；③机械悬浮物；④碎屑颗粒滚动搬运。铁、锰的化合物呈前三种形式被流水搬运，至于以哪种形式为主，则存在不同的认识。

大多数学者认为，铁、锰最可能的被搬运形式是胶体。在湿热气候条件下，富含有机质的地表水往往呈弱酸性，有利于胶体的形成。在岩石风化过程中，Si，Al，Fe，Mn的化合物常呈带正电荷的Al（OH）3，Fe（OH）3和带负电荷的MnO2，SiO2的水溶胶，它们被流水带出风化壳，在适量腐殖酸保护下，与腐殖酸结合成稳定的腐殖酸络合物，被河水搬运到水盆地内。由于海水中存在NaCl，MgSO4等电解质，使水溶胶电性中和而凝聚沉淀。胶体凝聚后慢慢固结，析出水分和发生重结晶，形成较大矿物晶体。

铁、锰是变价元素，三价铁和四价锰的化合物难溶于水，二价铁、锰化合物易溶于水。在还原条件或缺氧的水体中，铁、锰往往呈低价的铁、锰重碳酸盐溶液迁移。如在一些局限或半局限海盆下部，往往存在缺氧水体，海底热液活动或海底岩石分解带出的铁、锰物质，可能呈重碳酸盐进入含CO2的海水中。当它们被海流运动带到海盆边缘时，由于海水中CO2逸失或遇到富氧海水，铁、锰就形成碳酸盐或氧化物和氢氧化物而沉淀堆积。

生物化学作用对铁、锰的聚集起一定作用。一些细菌能将铁、锰碳酸盐氧化成氧化物；一些细菌外层有机基质中常充填有铁和锰的氧化物和氢氧化物。宣龙式铁矿床中常见的肾状构造矿石，有研究认为是聚环状藻类吸附铁质形成的。在我国黑色页岩型锰矿床的矿石中，发现大量蓝藻（主要是变异球集藻）和生物细胞降解后形成的显微球粒，结合有机质分析表明，某些碳酸锰是由蓝藻直接形成的，而另一些则是由生物化学作用形成的。

铁、锰等成矿物质最终以哪种矿物沉淀，主要与所在环境的氧化还原电位的高低有关，其次还与介质的pH值有关。

海盆中不同部位的Eh值和pH值有所不同，但pH值变化要小得多。实测数据表明，海湾盆地从边缘向中心，随着海水深度的加大，其物理化学性质及细菌的繁殖情况均表现出规律性变化（图6-18），这种规律性变化对于成矿物质的沉积，以及不同矿物相的形成起着重要的控制作用。

图6-18 海湾盆地物理化学条件变化示意图

（引自袁见齐等，1985）

由盆地边缘向深处可能存在一个由氧化过渡到还原的环境变化，铁矿物也相应出现不同的相（图6-19）。氧化物相位于海湾盆地边缘，氧化界面（即游离氧的下界）直达盆地底部，为充分氧化环境，形成铁的氧化物和氢氧化物，如赤铁矿、褐铁矿等；随着远离海岸和海水变深，海水中氧的含量逐渐减小，海底处于氧化还原界面的过渡地带，形成铁的硅酸盐（鲕绿泥石）等矿物，构成硅酸盐相（鲕绿泥石相）；碳酸盐相（菱铁矿相）产在离海岸更远部位，氧化界面在盆地底面以上，处于弱还原带，由于有机质分解产生大量的CO2气体，铁则以低价铁的形式与CO2结合，形成低价铁盐，如菱铁矿等矿物；硫化物相出现在海湾盆地更深地带，氧化界面远在水底盆地之上，处于强还原环境。由于细菌分解有机质产生大量H2S等，使铁以硫化物（黄铁矿、白铁矿等形式）沉淀下来。

图6-19 沉积铁矿床的相变示意图

（引自袁见齐等，1985）

沉积锰矿床矿物组合的变化和沉积铁矿相似，有类似的矿物相变分带。在沉积作用中，铁和锰又常彼此分离，锰可以单独形成矿床，这主要受Eh，pH的控制。锰与氧的亲和力低于铁与氧的亲和力，在任何天然Eh-pH条件下，亚铁离子较亚锰离子更容易氧化，铁的化合物无例外地都比锰化合物溶解度小。因此，在任何含有这两种金属的溶液中，除非Mn/Fe值很大，铁总比锰先沉淀。因此，在沉积过程中就发生Fe，Mn的分离。

缺氧海盆环境对锰质的聚集起着重要作用。缺氧环境不但有利于陆源锰和海源锰的彻底海解，而且可以使锰呈溶解状态长期蕴集在水盆地中，也可以使Mn有机质悬浮物蕴集于缺氧海水中。如现代最典型的缺氧盆地黑海中就蕴集着亿吨溶解状态的锰（Roy，1976）。这些在缺氧海中蕴集的锰质，当海平面上升-下降（岸退-岸进）过程中与充氧水混合，形成藻-锰堆积，最终形成氧化锰-碳酸锰矿床。

在地表条件下，氧化铝的活动性很弱，水体中铝的含量极低，因此，关于氧化铝在水体中的搬运方式与Fe，Mn大不相同。研究认为，铝土矿物可能以碎屑、悬浮物迁移。但更多研究认为铝土矿床主要是风化成因的，为红土型铝土矿床。

铁、锰、铝矿床中矿质的高度富集是在沉积作用阶段完成的，在其沉积后被埋藏的成岩过程中，还会发生成矿物质的再分配，形成一些新的矿物组合和矿石组构，甚至导致某些矿质不同程度的再富集。

沉积分异作用是指沉积岩的原始物质经搬运、沉积而分化为比较简单的沉积物（岩石和矿产）类型的作用，称为沉积分异作用。沉积分异作用可分为机械沉积分异作用、化学沉积分异作用及生物沉积分异作用，但以前二者为主。

1机械沉积分异作用

随着搬运介质速度的降低，被搬运物沿搬运方向按颗粒大小或矿物比重依次沉积下来。一般说来，颗粒粗的先沉积，细的后沉积。按矿物比重，大的先沉积，小的后沉积，此外，机械沉积分异作用还可形成许多有经济价值的砂矿，如金、铂、锡石、金刚石等。

2化学沉积分异作用

溶液由于它们的溶解度、浓度不同以及溶液的化学成分、温度、酸碱度等因素的影响，常常形成一定的沉淀顺序。一般情况下，按照氧化物→硅酸盐→碳酸盐→硫酸盐→卤化物的顺序沉淀。

3生物沉积分异作用

生物具有强烈的生命活动，通过生物活动所造成的物质分异现象非常普遍而且重要。如，硅藻的大量繁殖可形成硅藻土矿床。近年来还查明，生物有机质还积极参与了某些金属的富集过程。另外，生物分异作用常受到气候和地理环境控制。

化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。

原理

化学气相沉积技术是应用气态物质在固体上阐述化学反应并产生固态沉积物的一种工艺，它大致包含三步：

（1）形成挥发性物质 ；

（2）把上述物质转移至沉积区域 ；

（3）在固体上产生化学反应并产生固态物质 。

最基本的化学气相沉积反应包括热分解反应、化学合成反应以及化学传输反应等集中。 [1]

特点

1）在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

2）可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好）。

3）采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。

4）涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

5）可以控制涂层的密度和涂层纯度。

6）绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。

7）沉积层通常具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动，以改善其结构。

8）可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

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