气体“刻刀”不温柔

王殿华

如今，手机正在变得越来越小，电视也变得越来越薄。在此过程中，被誉为气体“刻刀”的特种气体——高纯度三氟化氮立下了汗马功劳。不过，凡事都有两面性，电子行业的功臣三氟化氮就被环保科学家认为是一种新的公害。科学家表示，三氟化氮可能是温室气体家族中的一条漏网之鱼，应列入《京都议定书》或者后续气候协议所规定的温室气体中，并严加监管。

谁是三氧化氮

大多数人也许对三氟化氮并不熟悉，但一定知道半导体和液晶电视。目前，三氟化氮主要用于电子行业的清洗和蚀刻。其中，浓度为15％～20％的三氟化氮被用于清洗液晶显示器：浓度为65％～70％的三氟化氮用于半导体的清洗和蚀刻。

1960年，三氟化氮作为一种实验火箭燃料首次得到应用。随后，它被用于美国星球大战导弹防御系统的化学激光。目前，三氟化氮在平板电视机和笔记本电脑的液晶显示器、半导体和人造钻石的生产过程中被大量使用。

在常温常压下，三氟化氮为无色、无臭、性质稳定的液化气体；沸点为129℃，熔点为206.8度。高纯三氟化氮几乎没有气味，它是一种热力学稳定的氧化剂，大约在350℃左右可分解成为二氟化氮和氟气，故其反应性质类似于氟。

三氟化氮也是一种有毒气体，人吸入该气体后会出现呼吸困难或呼吸停止。

作为一种强氧化剂，该气体受热或与火焰、电火花、有机物等接触能燃烧，甚至爆炸。它与易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。三氟化氮与还原剂能发生强烈的反应，引起燃烧爆炸。因此。生产、储存、运输、使用三氟化氮，必须格外小心。

三氟化氮是这样产生的

前面已经提过，高纯度三氟化氮是一种微电子工业中使用的特种气体，被称为高纯电子气体，这个家族还有六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮、硅烷等。

作为微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，三氟化氮可以在集成电路板上“蚀刻”出只有几十纳米的线槽，使电子产品的核心部件越做越小。这意味着，手机、电脑、MP3等各种数码产品将可能变得更加小巧玲珑。

不仅如此，对硅和氮化硅蚀刻，采用三氟化氮比四氟化碳和四氟化碳与氧气的混合气体有更高的蚀刻速率和选择性，而且对电路板表面无污染。

同时，三氟化氮还可以作为清洗剂。在生产液晶显示器的时候，由于周围环境中会有一些杂质，这些杂质用常规的办法很难清理干净，这时候三氟化氮就可以大显身手了，它能为液晶显示器的生产创造出近乎零污染的环境。

国外对三氟化氮的研究和生产应用比较早，伴随着20世纪电子工业的发展，三氟化氮本来已经度过了它的黄金时期。

但进入新世纪，随着全球半导体工业的迅猛发展，人们对三氟化氮的需求量急剧上升，世界主要生产商，如美国的空气产品和化学品公司、日本三井化学公司等又纷纷扩大了产能。

我国对三氟化氮的研究生产是从20世纪80年代开始的，最早仅仅应用于国防工业，产量很小，主要是自用。20世纪末，随着经济的发展，三氟化氮产业化的研究迅猛发展，以及电子工业用三氟化氮问世，生产线相继投产。其制造水平已与国外发达国家相当。

目前，三氟化氨这种人造化学物质在工业化生产中主要依靠两种办法产生：一是合成法，即将氟化氢铵在镍制反应器中加热，氟气、氮气和氨通过分布器进入反应器直接发生氟化反应生成三氟化氮：二是电解法，即在一定温度下，电解熔融氟化氢铵，在阳极产生三氟化氮。阴极产生氢气。

可怕的温室气体

虽然三氟化氮在当今的电子工业中不可或缺；但美国加利福尼亚大学环境学院主任迈克尔·普拉瑟发现，三氟化氮是一种相当可怕的温室气体。该气体在现阶段的年排放量虽然仅为4000吨，它对大气造成的污染却相当于6700万吨二氧化碳。

美国加州大学斯克里普斯海洋研究所的地球化学教授瑞尔·韦斯领导的研究团队发现，三氟化氮的温室效应是二氧化碳的1.7万倍。最近30年，三氟化氮在大气中的浓度增加了20倍。虽然在人类活动所产生的温室气体中，三氟化氮只占0.04％：但这种气体所占比例以每年11％的速度递增，至2010年，三氟化氮的排放量可能会达到8000吨，主要在生产液晶电视时排放。预计，随着平板电视机和液晶笔记本电脑需求量的增加，厂商会使用更多的三氟化氮。统计显示，仅我国台湾地区2006年对三氟化氮的需求量就达到1300吨左右。美国商业情报机构(GIA)的分析数据表明，到2012年，三氟化氮在亚太地区的需求量将达到1.95万吨，其中大部分用于半导体制造和液晶显示器行业。

最近几年。液晶电视机由于耗电量少于等离子和背投电视机，一直被宣传成最环保的产品，深受消费者欢迎，需求量一路攀升。与此同时，人们对三氟化氨等在液晶产品生产过程中的污染物监测工作却远远不够。

虽然使用、运输和配制三氟化氮过程中，只有大约2％的三氟化氮会排入大气：但问题的可怕性在于，三氟化氮拥有导致全球变暖的强大潜力。更糟糕的是，三氟化氮能够在大气中稳定存在580～740年，基本不能依靠生态循环来消除，因此它在大气中的总量会不断积累，由此造成的危害也会相应累积。这意味着，三氟化氮排放在不远的将来极有可能会变成非常严重的环境威胁。

在目前，人们还找不到成本低廉、对环境友好的化学物质来替代三氟化氮。东芝松下显示器、三星和LG选择使用氟来代替三氟化氮，理由是氟不会成为温室气体，而且，在大气中也无法存在。然而，氟的成本比较高，而且毒性很大。太阳能电池生产商则试图使用硅来代替三氟化氮，但是硅的成本也很高。

鉴于三氟化氮潜在的温室效应，2008年，《联合国气候变化框架公约》(UNFCC)将其添加到了需要进行监管的气体之列。但目前，《京都议定书》还没有对三氟化氮进行限制，部分原因是因为制定该条约时，三氟化氮在大气中的排放量非常有限。其不利影响还没有为人们充分认识。

以往，人们只把二氧化碳(CO2)当作温室效应的元凶，其实，除二氧化碳外，人们经常提到的温室气体还包括水汽(H2O)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFO、全氟化碳(PFC)、六氟化硫(SF6)等。对这几种气体的排放，《京都议定书》中都做了严格规定。

如今，温室气体家族恐怕要不得不加入三氟化氮了。

当我们还在谈论如何降低二氧化碳排放的时候，新的恶魔又出现了，看来任何发展都是要付出代价的。我们在享受信息时代带给我们的便利和喜悦的同时，还必须随时准备好同新生的公害作战。现在，到了该关注电子产品对环境和气候造成负面影响的时候了。(文章代码：2307)