高温等离子体

走近等离子体

物质表现为三种形态，即固态、气态和液态。其实宇宙背影图片女伤感 中大部分

可见的物质(如恒星、星云)，都不属于上述三种状态，而是等离子态。

不过等离子态并非只存在于远离我们的星际空间，实际上等离子体技

术在科学实验、工业生产、日常生活等方面已经得到广泛的应用，所

以我们应该对这种物质形态有所了解。下面提出并回答三个跟等离子

体有关的问题，供大家参考。

问题1什么是等离子体

我们从宏观上看到的物质形态的成因，必须从微观上才能得到解

释。

以我们最为常见的水为例：在温度较低时，水分子热运动不够剧

烈，分子较小的能量不足以摆脱强大的分子力的束缚，每个分子只能

在各自的平衡位置附近做无规则小幅振动，此时水的宏观形态表现为

固态，即冰。当温度升高超过某一值时(1标准大气压下这个值为0℃)，

分子热运动的能量加大，分子的位置不再是固定不动的，而是可以移

动，这时的宏观表现就是水具有流动性，即液态水。当温度更高时，

水分子的能量达到足以克服彼此间的作用力，各个分子可以自由运动

了，这时水的宏观形态就是气态了，即水蒸气。那么，如果温度再升

高，水会是什么形态呢?

实验证明，当把水的温度升高到数千摄氏度以上时，由于分子的

热运动非常剧烈，分子间频繁而强烈的碰撞使气体分子电离，水分子

变成了自由电子和缺少电子的正离子，此时水不存在了。物理学家把

这种由数量相等的自由电子和正离子组成的混合体叫做等离子体，又

叫做电浆。

等离子体和普通气体性质不同。普通气体由分子构成，分子之间

的相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述；在等离子体中，带电粒子之

间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生

的局部短程碰撞效果。等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷

或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动能引起电流，产生磁场，

电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热

传导；等离子体能被磁场约束做回旋运动等。等离子体的这些特性使

它区别于普通气体，被称为物质的第四态。

等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高温等离子体只有

在温度足够高时才会发生；低温等离子体是在常温下发生的等离子体。

低温等离子体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机

物上进行沉淀涂层处理，现已广泛运用于多种生产领域，如等离子电

视、婴儿尿布表面防水涂层、电脑芯片的蚀刻。

等离子体物理学用电离度对等离子体进行分类。通常等离子体中

含有自由电子、正离子和中性粒子(原子、分子或原子团)三种粒子，

设它们的密度分别为n学习激励语 _e、n_i和

n_n，电离度为，则电离度的定义式为：

=n_e/(n_i+n_n)。根据的值

把等离子体分为三类：=1，称为完全电离等离子体；0.01<>1，

称为部分电离等离子体；0.01，称为弱电离等离子体。

问题2等离子体是怎么产生

从等离子体产生的物理原理看，只要给原子核外围电子足够的能

量，把电子从原子中剥离出来，就实现了电离。提供能量的途径小资

料

香烟降尼古丁芯片

这种芯片利用释放的远红外线和多晶铁纤维等离子体吸波技术，

将周围空气电离，形成等离子体，共振吸收热能，能够强烈穿透烟丝，

改变烟丝分子结构，强力吸附并分解尼古丁，可消除焦油60％以上。

有效改善烟丝品质，显著降低吸烟对健康的危害。

白酒降乙醇芯片

该芯片能将周围空气电离，形成等离子体。多晶铁纤维可以吸收

电磁波的能量，激活物质组成部分，起到活化酒水，减少辛辣、苦酸

味道的作用，态度决定命运 使口感更绵甜干爽，香味更为醇厚浓郁。

养颜美容芯片

这种芯片采用最新感光技术与纳米功能材料加工而成，能在太阳

光照射下10秒钟内快速准确地测量出紫外线的强度，以颜色深浅指

示当前紫外线的强弱。养颜美容卡具有智能活化的神奇功效，将卡接

近洗面奶、面膜、防晒霜、健肤水、保湿化妆水后，可激活产品中带

水的分子团结构，使其变小，从而增强水对护肤品中材料的溶解力、

乳化力，加速皮肤中油脂类物质的分解，利于将养分输送到皮肤深层。

有哪些?一是高温下的剧烈碰撞，把电子“撞”出来；二是施加强电场把

电子“拉”出来。无论是天然的等离子体，还是人工等离子体，产生的

原理都是如此。

天然等离子体：看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见

的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的

99％。在宇宙空间，存在无数的恒星，恒星内部以核聚变的方式向外

辐射能量，核聚变使恒星内的温度达到千万度甚至更高，所以恒星的

物质状态是等离子态，而且其电离度=1，即为完全电离等离子体。

幸运的是，我们居住的地球因为适中的质量和离太阳适中的距离，而

具有适宜的温度，使地球上的物质处于固态、液态和气态，而不是令

人生畏的等离子态。但在地球大气层中，由于宇宙射线的作用，每立

方米内每分钟会产生210⁷个离子，而每立方米空气中

约有10²⁵个分子，所以在宇宙射线作用下大气的电离

度是极小的。不过在发生闪电时，情况就不同了，带电云产生的强电

场把大量的空气分子电离，形成电离度较高的等离子体，使原来绝缘

的空气变成导体，形成放电通路，放电电流的热效应产生的高温导致

更多的分子电离，所以在雷电放电通路上的物质属于电离度很高的等

离子体。

人工等离子体：实际上，用高电压使气体导电的过程就是把气体

变成等离子体过程。上图是物理课上老师做高压放电实验时的电子感

应圈，当接上220V电压时，在两个放电针之小学生必读课外书目录推荐 间可以产生数千伏甚至

上万伏的高压，在这样的高压作用下，两放电针之间的空气被电离成

等离子体，产生炫目的弧光。你也许没有意识到，你家里和教室里的

日光灯，以及街上色彩缤纷的霓虹灯，灯管内的电流都是等离子体中

的正负电荷定向移动形成的。现在人们已经能利用电场和磁场来控制

等离子体，如焊工们能用高温等离子体来焊接金属。

问题3等离子体有什么用

因为等离子体含有大量的自由电荷，所以具有与普通气体不同的

特性：一是具梦见猫咪 有良好的导电性；二是能与电场、磁场产生相互作用。

等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、

移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环

境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和

工艺。正因为它的这些特性，等离子体才在许多方面获得广泛的应争做合格党员 用。

等离子体光源。上面提到的日光灯、霓虹灯属于等离子体光源，

基本原理是：将两端装有电极的玻璃管抽成真空pr视频倒放 ，再充入少量

的特殊气体。当两极上加高电压时，灯管内就产生很强的电场，

气体分子在强电场作用下变成等离子体。有的气体这时可以直接发出

可见光，而且不同气体发出不同的色光。有的气体则产生紫外线，紫

外线再激发管内壁的荧光物质发光，日光灯发光就是这个原理。

等离子显示器。等离子显示器是继液晶显示器后的最新显示技术

之一，以等离子彩电应用最多，所谓等离子彩电是指在两张薄玻璃板

之间填充金针肥牛 混合气体，施加电压使之变成等离子体，然后使等离子体放

电，与基板中的荧光体发生反应用完英语 ，产生彩色影像。等离子电具有

机身薄、重量轻、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、失真度小等优点。

缺点是价格偏高。

等离子体加工。等离子体的高温特性可用于对难熔金属进行切割

和焊接。等离子体弧温度高达上万度，特别适合对不锈钢、钛、钨、

钴等耐高温材料的切割和焊接，而且焊缝平整，没有氧化物杂质，焊

接速度快。

等离子体冶炼。用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔

点的锆(zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)；还用于简化工艺

过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别获得zr、Mo、Ta

和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化W-

Co、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C粉末。等离子体冶炼的优点是产品成分及

微结构的一致性好，可免除容器材料的污染。

等离子体喷涂。许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此

需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固

化法可将特种材料粉末喷人热等离子体中熔化，并喷涂到基体(部件)

上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，可大大提高喷

涂质量。

总之，等离子体科学是一门覆盖物理、化学和材料学等学种的交

叉科学。它涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、国防和

高技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。等离子体科学在

能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶

金、生物医学、造纸、化工、纺织、通信等领域有广泛的应用。等离

子体研究领域对解决人类面临的能源、材料、信息、环保等许多全局

性问题具有重大意义。

可以预见，随着等离子体科学的发展，等离子体技术的应用将越

来越广泛，必将在很多领域大显身手。