王殿華

如今，手機(jī)正在變得越來(lái)越小，電視也變得越來(lái)越薄。在此過(guò)程中，被譽(yù)為氣體“刻刀”的特種氣體——高純度三氟化氮立下了汗馬功勞。不過(guò)，凡事都有兩面性，電子行業(yè)的功臣三氟化氮就被環(huán)?？茖W(xué)家認(rèn)為是一種新的公害?？茖W(xué)家表示，三氟化氮可能是溫室氣體家族中的一條漏網(wǎng)之魚(yú)，應(yīng)列入《京都議定書(shū)》或者后續(xù)氣候協(xié)議所規(guī)定的溫室氣體中，并嚴(yán)加監(jiān)管。

誰(shuí)是三氧化氮

大多數(shù)人也許對(duì)三氟化氮并不熟悉，但一定知道半導(dǎo)體和液晶電視。目前，三氟化氮主要用于電子行業(yè)的清洗和蝕刻。其中，濃度為15％～20％的三氟化氮被用于清洗液晶顯示器：濃度為65％～70％的三氟化氮用于半導(dǎo)體的清洗和蝕刻。

1960年，三氟化氮作為一種實(shí)驗(yàn)火箭燃料首次得到應(yīng)用。隨后，它被用于美國(guó)星球大戰(zhàn)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的化學(xué)激光。目前，三氟化氮在平板電視機(jī)和筆記本電腦的液晶顯示器、半導(dǎo)體和人造鉆石的生產(chǎn)過(guò)程中被大量使用。

在常溫常壓下，三氟化氮為無(wú)色、無(wú)臭、性質(zhì)穩(wěn)定的液化氣體；沸點(diǎn)為129℃，熔點(diǎn)為206.8度。高純?nèi)獛缀鯖](méi)有氣味，它是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的氧化劑，大約在350℃左右可分解成為二氟化氮和氟氣，故其反應(yīng)性質(zhì)類(lèi)似于氟。

三氟化氮也是一種有毒氣體，人吸入該氣體后會(huì)出現(xiàn)呼吸困難或呼吸停止。

作為一種強(qiáng)氧化劑，該氣體受熱或與火焰、電火花、有機(jī)物等接觸能燃燒，甚至爆炸。它與易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纖維素等)接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引起燃燒。三氟化氮與還原劑能發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，引起燃燒爆炸。因此。生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用三氟化氮，必須格外小心。

三氟化氮是這樣產(chǎn)生的

前面已經(jīng)提過(guò)，高純度三氟化氮是一種微電子工業(yè)中使用的特種氣體，被稱為高純電子氣體，這個(gè)家族還有六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、硅烷等。

作為微電子工業(yè)中一種優(yōu)良的等離子蝕刻氣體，三氟化氮可以在集成電路板上“蝕刻”出只有幾十納米的線槽，使電子產(chǎn)品的核心部件越做越小。這意味著，手機(jī)、電腦、MP3等各種數(shù)碼產(chǎn)品將可能變得更加小巧玲瓏。

不僅如此，對(duì)硅和氮化硅蝕刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳與氧氣的混合氣體有更高的蝕刻速率和選擇性，而且對(duì)電路板表面無(wú)污染。

同時(shí)，三氟化氮還可以作為清洗劑。在生產(chǎn)液晶顯示器的時(shí)候，由于周?chē)h(huán)境中會(huì)有一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)用常規(guī)的辦法很難清理干凈，這時(shí)候三氟化氮就可以大顯身手了，它能為液晶顯示器的生產(chǎn)創(chuàng)造出近乎零污染的環(huán)境。

國(guó)外對(duì)三氟化氮的研究和生產(chǎn)應(yīng)用比較早，伴隨著20世紀(jì)電子工業(yè)的發(fā)展，三氟化氮本來(lái)已經(jīng)度過(guò)了它的黃金時(shí)期。

但進(jìn)入新世紀(jì)，隨著全球半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)三氟化氮的需求量急劇上升，世界主要生產(chǎn)商，如美國(guó)的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司、日本三井化學(xué)公司等又紛紛擴(kuò)大了產(chǎn)能。

我國(guó)對(duì)三氟化氮的研究生產(chǎn)是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始的，最早僅僅應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)，產(chǎn)量很小，主要是自用。20世紀(jì)末，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，三氟化氮產(chǎn)業(yè)化的研究迅猛發(fā)展，以及電子工業(yè)用三氟化氮問(wèn)世，生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)。其制造水平已與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相當(dāng)。

目前，三氟化氨這種人造化學(xué)物質(zhì)在工業(yè)化生產(chǎn)中主要依靠?jī)煞N辦法產(chǎn)生：一是合成法，即將氟化氫銨在鎳制反應(yīng)器中加熱，氟氣、氮?dú)夂桶蓖ㄟ^(guò)分布器進(jìn)入反應(yīng)器直接發(fā)生氟化反應(yīng)生成三氟化氮：二是電解法，即在一定溫度下，電解熔融氟化氫銨，在陽(yáng)極產(chǎn)生三氟化氮。陰極產(chǎn)生氫氣。

可怕的溫室氣體

雖然三氟化氮在當(dāng)今的電子工業(yè)中不可或缺；但美國(guó)加利福尼亞大學(xué)環(huán)境學(xué)院主任邁克爾·普拉瑟發(fā)現(xiàn)，三氟化氮是一種相當(dāng)可怕的溫室氣體。該氣體在現(xiàn)階段的年排放量雖然僅為4000噸，它對(duì)大氣造成的污染卻相當(dāng)于6700萬(wàn)噸二氧化碳。

美國(guó)加州大學(xué)斯克里普斯海洋研究所的地球化學(xué)教授瑞爾·韋斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，三氟化氮的溫室效應(yīng)是二氧化碳的1.7萬(wàn)倍。最近30年，三氟化氮在大氣中的濃度增加了20倍。雖然在人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體中，三氟化氮只占0.04％：但這種氣體所占比例以每年11％的速度遞增，至2010年，三氟化氮的排放量可能會(huì)達(dá)到8000噸，主要在生產(chǎn)液晶電視時(shí)排放。預(yù)計(jì)，隨著平板電視機(jī)和液晶筆記本電腦需求量的增加，廠商會(huì)使用更多的三氟化氮。統(tǒng)計(jì)顯示，僅我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)2006年對(duì)三氟化氮的需求量就達(dá)到1300噸左右。美國(guó)商業(yè)情報(bào)機(jī)構(gòu)(GIA)的分析數(shù)據(jù)表明，到2012年，三氟化氮在亞太地區(qū)的需求量將達(dá)到1.95萬(wàn)噸，其中大部分用于半導(dǎo)體制造和液晶顯示器行業(yè)。

最近幾年。液晶電視機(jī)由于耗電量少于等離子和背投電視機(jī)，一直被宣傳成最環(huán)保的產(chǎn)品，深受消費(fèi)者歡迎，需求量一路攀升。與此同時(shí)，人們對(duì)三氟化氨等在液晶產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的污染物監(jiān)測(cè)工作卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

雖然使用、運(yùn)輸和配制三氟化氮過(guò)程中，只有大約2％的三氟化氮會(huì)排入大氣：但問(wèn)題的可怕性在于，三氟化氮擁有導(dǎo)致全球變暖的強(qiáng)大潛力。更糟糕的是，三氟化氮能夠在大氣中穩(wěn)定存在580～740年，基本不能依靠生態(tài)循環(huán)來(lái)消除，因此它在大氣中的總量會(huì)不斷積累，由此造成的危害也會(huì)相應(yīng)累積。這意味著，三氟化氮排放在不遠(yuǎn)的將來(lái)極有可能會(huì)變成非常嚴(yán)重的環(huán)境威脅。

在目前，人們還找不到成本低廉、對(duì)環(huán)境友好的化學(xué)物質(zhì)來(lái)替代三氟化氮。東芝松下顯示器、三星和LG選擇使用氟來(lái)代替三氟化氮，理由是氟不會(huì)成為溫室氣體，而且，在大氣中也無(wú)法存在。然而，氟的成本比較高，而且毒性很大。太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商則試圖使用硅來(lái)代替三氟化氮，但是硅的成本也很高。

鑒于三氟化氮潛在的溫室效應(yīng)，2008年，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(UNFCC)將其添加到了需要進(jìn)行監(jiān)管的氣體之列。但目前，《京都議定書(shū)》還沒(méi)有對(duì)三氟化氮進(jìn)行限制，部分原因是因?yàn)橹贫ㄔ摋l約時(shí)，三氟化氮在大氣中的排放量非常有限。其不利影響還沒(méi)有為人們充分認(rèn)識(shí)。

以往，人們只把二氧化碳(CO2)當(dāng)作溫室效應(yīng)的元兇，其實(shí)，除二氧化碳外，人們經(jīng)常提到的溫室氣體還包括水汽(H2O)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFO、全氟化碳(PFC)、六氟化硫(SF6)等。對(duì)這幾種氣體的排放，《京都議定書(shū)》中都做了嚴(yán)格規(guī)定。

如今，溫室氣體家族恐怕要不得不加入三氟化氮了。

當(dāng)我們還在談?wù)撊绾谓档投趸寂欧诺臅r(shí)候，新的惡魔又出現(xiàn)了，看來(lái)任何發(fā)展都是要付出代價(jià)的。我們?cè)谙硎苄畔r(shí)代帶給我們的便利和喜悅的同時(shí)，還必須隨時(shí)準(zhǔn)備好同新生的公害作戰(zhàn)?，F(xiàn)在，到了該關(guān)注電子產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和氣候造成負(fù)面影響的時(shí)候了。(文章代碼：2307)